基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统及方法，包括三组对称光电成像位移测量传感器，相邻两组对称光电成像位移测量传感器中：第一组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次设置在桥梁的测点S1、S2、S3处；第二组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次设置在桥梁的测点S2、S3、S4处；第三组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次设置在桥梁的测点S3、S4、S5处。可以测量桥面上三个测点的挠度及梁端转角，同时实现了多功能、高精度测量及便捷安装。高精度测量及便捷安装。高精度测量及便捷安装。

【技术实现步骤摘要】
基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统及方法


[0001]本专利技术属于桥梁工程检测及桥梁健康监测领域，涉及一种基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统及方法。

技术介绍

[0002]中小跨桥梁挠度的高精度测量，是公路桥梁建设竣工验收、桥梁荷载试验、桥梁运营管理等工作中及其重要的一项内容。对于铁路中小跨桥梁，不仅要测量挠度，也需要测量桥梁梁端转角。这是因为随着铁路运输密度和列车牵引重量的加大以及列车运行速度的提高，高铁列车运行速度已超过300km/h以上，为了确保铁路列车通过桥梁时的行车安全以及桥梁本身的安全运营，保障旅客列车的舒适度，在铁路运营养护管理中，必须严格控制铁路桥梁的挠度和梁端竖向转角。
[0003]现有中小跨桥梁挠度及桥梁梁端转角的测量技术还存在一些问题及不足。采用水准仪、全站仪等仪器进行桥梁挠度检测，只能检测桥梁静挠度，不能检测桥梁动挠度，检测效率低，检测过程中常常要封闭正常的交通。基于光学成像的光电挠度仪进行桥梁挠度检测时，由于采用单个成像系统对桥梁的多个位置进行挠度测量，测量精度与成像距离有关，随着成像距离的增加，测量精度将显著下降，且目前的光电挠度仪不能进行桥梁梁端转角测量，在使用中需要安装在稳定平台上，给桥梁挠度测量带来极大不便。采用电子、机械、光电类位移计和位移传感器进行桥梁挠度测量，需要在桥梁下部架设安装传感器的支架，导致桥梁挠度现场测量操作繁琐，尤其不能用于江河湖海及高墩大跨桥梁挠度检测。采用加速度计、倾角仪、陀螺仪等惯性类传感器进行桥梁挠度测量，桥梁挠度测量精度低。借助于倾角仪进行桥梁梁端转角测量，由于倾角传感器测量精度的限制，桥梁梁端转角测量精度偏低。基于GSS定位系统进行桥梁挠度检测，挠度精度低，不能直接用于梁端转角测量。采用激光扫描仪、微波干涉仪等进行桥梁挠度检测，现场使用受到地理位置限制，需要安装在江河的堤岸上，不能进行桥梁梁端转角测量。采用液体连通管传感器组成的桥梁挠度检测测量系统，仅能用于检测竖向一维的桥梁静挠度或准静态挠度，不能直接用于梁端转角测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统及方法，以解决现有的中小跨桥梁挠度测量系统无法同时实现多功能、高精度测量以及便捷安装，且无法同时测量桥梁挠度和桥梁梁端转角的问题。
[0005]本专利技术实施例所采用的第一技术方案是：基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，包括三组对称光电成像位移测量传感器；
[0006]相邻的两组对称光电成像位移测量传感器中：
[0007]第一组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从
左到右依次对应设置在桥梁上部桥面上的测点S1、S2、S3处；
[0008]第二组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面上的测点S2、S3、S4处；
[0009]第三组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面上的测点S3、S4、S5处。
[0010]进一步的，每组所述的对称光电成像位移测量传感器，包括：
[0011]第一传感器，第一传感器包括一个对称光学成像系统，对称光学成像系统包括轴对称或中心对称的右光学成像系统和左光学成像系统，右光学成像系统沿其主光线方向对右侧的物体成像，左光学成像系统沿其主光线方向对左侧的物体成像；
[0012]第二传感器，第二传感器位于第一传感器的左侧，第二传感器包括一个右发光光源，第一传感器的左光学成像系统与第二传感器的右发光光源对应，对第二传感器的右发光光源成像；
[0013]第三传感器，第三传感器位于第一传感器的右侧，第三传感器包括一个左发光光源，第二传感器的右光学成像系统与第三传感器的左发光光源对应，对第三传感器的左发光光源成像。
[0014]进一步的，每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器、第二传感器、第三传感器分别安装在对应的多功能底座上；
[0015]每个所述的多功能底座具备调节其上的第一传感器、第二传感器、第三传感器的高度、方位的功能；
[0016]每个所述的多功能底座上安装有测高传感器、倾角传感器、测距传感器和数据采集处理器；
[0017]每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的左光学成像系统及其所在的多功能底座上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接；
[0018]每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的右光学成像系统及其所在的多功能底座上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接。
[0019]进一步的，第二组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器与第一组对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座上；
[0020]第一组对称光电成像位移测量传感器的第三传感器、第二组对称光电成像位移测量传感器的第一传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器的第二传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座上；
[0021]第二组对称光电成像位移测量传感器的第三传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的中心竖直对应安装在同一多功能底座上。
[0022]本专利技术实施例所采用的第二技术方案是：基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，如上所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，其中：
[0023]测点S1位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面上，测点S5位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面上，测点S2、S3、S4位于对应的桥梁挠度测点的桥面上；
[0024]所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，还包括：
[0025]左梁端转角测量传感器，左梁端转角测量传感器包括一个左发光光源和一个右光学成像系统；左梁端转角测量传感器的右光学成像系统设置在测点S1处，左梁端转角测量传感器的左发光光源设置在测点S2处，左梁端转角测量传感器的右光学成像系统沿其主光线方向对左梁端转角测量传感器的左发光光源成像，进行测点S1的转角即桥梁的左梁端转角测量；
[0026]右梁端转角测量传感器，右梁端转角测量传感器包括一个右发光光源和一个左光学成像系统，右梁端转角测量传感器的左光学成像系统设置在测点S5处，右梁端转角测量传感器的右发光光源设置在测点S4处，右梁端转角测量传感器的左光学成像系统沿其主光线方向对右梁端转角测量传感器的右发光光源成像，进行测点S5的转角即桥梁的右梁端转角测量。
[0027]进一步的，所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，还包括：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，其特征在于，包括三组对称光电成像位移测量传感器；相邻的两组对称光电成像位移测量传感器中：第一组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
1)的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面(5)上的测点S1、S2、S3处；第二组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
2)的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面(5)上的测点S2、S3、S4处；第三组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
3)的第二传感器、第一传感器和第三传感器从左到右依次对应设置在桥梁上部桥面(5)上的测点S3、S4、S5处。2.根据权利要求1所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，其特征在于，每组所述的对称光电成像位移测量传感器，包括：第一传感器，第一传感器包括一个对称光学成像系统(2)，对称光学成像系统(2)包括轴对称或中心对称的右光学成像系统(2
‑
1)和左光学成像系统(2
‑
2)，右光学成像系统(2
‑
1)沿其主光线方向对右侧的物体成像，左光学成像系统(2
‑
2)沿其主光线方向对左侧的物体成像；第二传感器，第二传感器位于第一传感器的左侧，第二传感器包括一个右发光光源(1
‑
1)，第一传感器的左光学成像系统(2
‑
2)与第二传感器的右发光光源(1
‑
1)对应，对第二传感器的右发光光源(1
‑
1)成像；第三传感器，第三传感器位于第一传感器的右侧，第三传感器包括一个左发光光源(1
‑
2)，第二传感器的右光学成像系统(2
‑
1)与第三传感器的左发光光源(1
‑
2)对应，对第三传感器的左发光光源(1
‑
2)成像。3.根据权利要求2所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，其特征在于，每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器、第二传感器、第三传感器分别安装在对应的多功能底座(3)上；每个所述的多功能底座(3)具备调节其上的第一传感器、第二传感器、第三传感器的高度、方位的功能；每个所述的多功能底座(3)上安装有测高传感器、倾角传感器、测距传感器和数据采集处理器；每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的左光学成像系统(2
‑
2)及其所在的多功能底座(3)上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接；每组所述的对称光电成像位移测量传感器的第一传感器的右光学成像系统(2
‑
1)及其所在的多功能底座(3)上的测高传感器、倾角传感器和测距传感器的输出端均与对应的数据采集处理器的不同输入端电连接。4.根据权利要求1～3任一项所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，其特征在于，第二组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
2)的第二传感器与第一组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
1)的第一传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座(3)上；第一组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
1)的第三传感器、第二组对称光电成像位移
测量传感器(20
‑
2)的第一传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
3)的第二传感器的中心竖直对应且安装在同一多功能底座(3)上；第二组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
2)的第三传感器与第三组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
3)的第一传感器的中心竖直对应安装在同一多功能底座(3)上。5.基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度测量系统，其中：测点S1位于桥梁的左侧桥墩上部的桥面(5)上，测点S5位于桥梁的右侧桥墩上部的桥面(5)上，测点S2、S3、S4位于对应的桥梁挠度测点的桥面(5)上；所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，还包括：左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)，左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)包括一个左发光光源(1
‑
2)和一个右光学成像系统(2
‑
1)；左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的右光学成像系统(2
‑
1)设置在测点S1处，左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的左发光光源(1
‑
2)设置在测点S2处，左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的右光学成像系统(2
‑
1)沿其主光线方向对左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的左发光光源(1
‑
2)成像，进行测点S1的转角即桥梁的左梁端转角测量；右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)，右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)包括一个右发光光源(1
‑
1)和一个左光学成像系统(2
‑
2)，右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)的左光学成像系统(2
‑
2)设置在测点S5处，右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)的右发光光源(1
‑
1)设置在测点S4处，右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)的左光学成像系统(2
‑
2)沿其主光线方向对右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)的右发光光源(1
‑
1)成像，进行测点S5的转角即桥梁的右梁端转角测量。6.根据权利要求5所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，其特征在于，还包括：左桥墩沉降测量传感器，左桥墩沉降测量传感器包括一个右发光光源(1
‑
1)和一个左光学成像系统(2
‑
2)；左桥墩沉降测量传感器的右发光光源(1
‑
1)设置在桥梁的左侧桥墩外的相对稳定测点S
L
处，左桥墩沉降测量传感器的左光学成像系统(2
‑
2)设置在左桥墩上的测点S1处；左桥墩沉降测量传感器的左光学成像系统(2
‑
2)与其右发光光源(1
‑
1)对应，对其右发光光源(1
‑
1)成像，进行左侧桥墩的沉降测量；右桥墩沉降测量传感器，右桥墩沉降测量传感器包括一个左发光光源(1
‑
2)和一个右光学成像系统(2
‑
1)；右桥墩沉降测量传感器的左发光光源(1
‑
2)设置在桥梁的右侧桥墩外的相对稳定测点S
R
处，右桥墩沉降测量传感器的右光学成像系统(2
‑
1)设置在右桥墩上的测点S5处；右桥墩沉降测量传感器的右光学成像系统(2
‑
1)与其左发光光源(1
‑
2)对应，对其左发光光源(1
‑
2)成像，进行右侧桥墩的沉降测量。7.根据权利要求6所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统，其特征在于，左桥墩沉降测量传感器的左光学成像系统(2
‑
2)以及左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的右光学成像系统(2
‑
1)设置在第一组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
1)的第二传感器所在的多功能底座(3)上；
左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的左发光光源(1
‑
2)设置在第一组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
1)的第一传感器所在的多功能底座(3)上；右桥墩沉降测量传感器的右光学成像系统(2
‑
1)以及右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)的左光学成像系统(2
‑
2)设置在第三组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
3)的第三传感器所在的多功能底座(3)上；右梁端转角测量传感器(20
‑3‑
1)的右发光光源(1
‑
1)设置在第三组对称光电成像位移测量传感器(20
‑
3)的第一传感器所在的多功能底座(3)上。8.基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在桥梁上布设如权利要求5～7任一项所述的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统；步骤2、通过布设的基于三组对称光电成像位移测量传感器的中小跨桥梁静动挠度和梁端转角测量系统的测量数据，计算桥梁挠度，具体过程如下：步骤21、测量测点S1、S2、S3、S4、S5对应的桥面初始位置在坐标系O
‑
XY中的坐标y
10
、y
20
、y
30
、y
40
、y
50
；步骤22、测量测点S1、S2、S3、S4、S5对应的桥面位置在桥梁变形后在坐标系O
‑
XY中的坐标y1、y2、y3、y4、y5；步骤23、基于测点S1、S2、S3、S4、S5在桥梁变形后在坐标系O
‑
XY中的坐标y1、y2、y3、y4、y5，以及测点S1、S2、S3、S4、S5对应的桥面初始位置在坐标系O
‑
XY中的初始坐标y
10
、y
20
、y
30
、y
40
、y
50
，按照下式计算测点S1、S2、S3、S4、S5对应的桥梁挠度Δy1、Δy2、Δy3、Δy4、Δy5：Δy1＝y1‑
y
10
；Δy2＝y2‑
y
20
；Δy3＝y3‑
y
30
；Δy4＝y4‑
y
40
；Δy5＝y5‑
y
50
；当坐标系O
‑
XY中X坐标轴过桥梁梁端连线(21)时，Δy1＝0、Δy5＝0；通过下述过程进行桥梁梁端转角测量：通过左梁端转角测量传感器(20
‑1‑
1)的右光学成像系统(2
‑
1)对其左发光光源(1
‑
2)成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宏勋，彭仁亮，李平，张雁冰，吴学勤，冯红梅，李小恒，
申请(专利权)人：西安裕鹏交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：