专利名称：敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种敲击系统，特别是涉及一种敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置。
背景技术：
伴随着科技的进步以及交通运输需求的提高，各式公路及轨道交通用桥梁的数量飞速增长，这些桥梁在使用的过程中，不断受到温度变化、强风、降雨等外界环境的侵蚀，同时受到车辆载荷、车辆冲击的长期反复作用，并且部分桥梁还会遭到洪水、地震等自然灾害的损伤，随着使用年限的增加，桥梁普遍出现不同程度的疲劳效应和老化现象，桥体累积了大量的外界损伤，导致很多桥梁成为一定意义上的危桥，国内外的桥梁均出现过大量的垮塌实例，严重的威胁到了人们的生命安全和财产安全，所以，实时有效的对桥梁进行损伤检测十分重要。目前，现有的桥梁损伤识别技术主要可以分为离线局部检测和在线整体监测两种方式离线局部检测是指在桥梁不工作时，采用无损检测手段，如肉眼观察、超声波、电磁涡流、X射线等，来仔细探测结构中的损伤，此类方法检测精度较高，但是往往需要中断交通，影响桥梁的正常工作，且需要事先知道损伤的大概位置，存在检测死角，检测效率低；在线整体监测则是在桥梁结构内预置传感器，实时的获取结构响应信号，来推断其中的损伤情况，此种方法虽然不需要中断桥梁交通，但检测精度较低，并且还存在传感器的安装、海量信号的传输与存储以及传感器的抗噪性、耐久性等问题。针对上述技术问题，本发明人计划设计开发一种敲击扫描式桥梁损伤检测的技术方案，能够简便、高效、高精度的完成桥梁检测，通过对桥梁施加敲击载荷，同时采集桥梁的响应信号，来检测桥梁损伤。其中，所施加的敲击载荷对检测结果的准确性有重大影响，是关键性的一个环节。首先，敲击载荷必须能够扫描式的施加于整个待测桥梁的桥身，并且在整个的施加过程中敲击载荷须保持稳定，敲击力的施加必须合理，才能获得精确的响应信号，进而才能确定桥梁的损伤信息。另外，为了满足检测的需求，对敲击载荷还要有其他的限制和要求，例如其应具有预期的敲击频率和敲击幅值，敲击频率应可控可调，以获得高灵敏度的桥梁响应信号，且不会引起桥梁的共振；敲击力度应足够大，以激发出对桥梁局部损伤敏感的理想桥梁响应等等。由此可见，桥梁检测对所施加的敲击载荷具有诸多的要求和限制条件，而一般常规的敲击装置远远无法满足要求，需要开发一种经过精确研究设计的敲击载荷施加装置，以填补技术空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，能够将预期频率及幅值的敲击载荷连续稳定地施加于待测桥梁，从而满足敲击扫描式桥梁损伤检测的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，包括:移动小车，能够在待测桥梁上移动；敲击装置，设置于所述移动小车上，所述敲击装置能够产生敲击载荷，并通过所述移动小车将敲击载荷传递至待测桥梁；敲击控制装置，连接于所述敲击装置，用于控制所述敲击装置以产生预定的敲击载荷。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动所述移动小车在待测桥梁上移动。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述驱动装置为牵引车辆。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述移动小车包括:车身；车轮，设置于所述车身，所述车轮为刚性轮盘且直接接触待测桥梁表面。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述车轮包括一个前车轮和两个后车轮，所述前车轮位于所述移动小车的纵向车身轴线上，两个所述后车轮对称地设于所述纵向车身轴线的两侧。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述敲击装置为激振器，所述激振器固接于所述车身，所述敲击控制装置为激振器控制器。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述激振器包括底座，所述激振器的底座无缝固接于所述车身。优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其中，所述移动小车由一牵引车辆牵弓I而在待测桥梁上移动，所述激振器控制器设置于所述牵弓丨车辆内。本发明的敲击扫描式桥 梁损伤检测的敲击载荷施加装置至少具有以下优点及特
占-
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1、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置包括一移动小车，该移动小车可在待测桥梁表面移动，从而可将敲击载荷连续的施加于待测桥梁的桥身，实现扫描式的施加敲击载荷，进而能够达到方便快捷地扫描检测整个桥梁的目的。2、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置可提供可调频率及可调幅值的敲击载荷，以获得高灵敏度的理想响应信号，使检测结果更加精确，并且，敲击频率可根据检测需要灵活调整，不但能够避免引起桥梁的共振，还可根据检测原理选取合适的敲击载荷频率区间，以排除干扰噪声。3、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置的移动小车经过特殊设计，具有刚性结构，能够将敲击载荷稳定的传递至待测桥梁，并且移动小车本身平稳性好，敲击过程中不会产生振动干扰，进一步保证了检测结果的准确性。4、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置结构简单，成本低，操作便捷且能够适应多种检测环境。
图1为本发明敲击载荷施加装置结构示意图；图2为本发明敲击载荷施加装置另一角度结构示意图；图3为本发明敲击载荷施加装置设于敲击扫描式桥梁损伤检测设备结构示意图。主要元件标号说明:
I移动小车10驱动装置11车身12前车轮13后车轮21敲击装置22敲击控制装置L车身轴线
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。请结合参考图1、图2及图3，其中图1为本发明敲击载荷施加装置结构示意图，图2为本发明敲击载荷施加装置另一角度结构示意图，图3为本发明敲击载荷施加装置设于敲击扫描式桥梁损伤检测设备结构示意图，为实现对桥梁进行整体敲击扫描式损伤检测，需要设计一种敲击扫描式桥梁损伤检测设备，其中即包括本发明的敲击载荷施加装置，以及其余的信号采集系统和信号处理系统，本发明的敲击载荷施加装置主要用于将预期频率及幅值的敲击载荷连续稳定地施加于待测桥梁，从而能够满足整个敲击扫描式桥梁损伤检测设备的检测需求。待测桥梁根据该敲击载荷产生响应信号，再由信号采集装置进行信号采集，最终获得桥梁的响应信号并通过信号处理系统加以处理分析，得到桥梁损伤信息，也就是说，本发明敲击载荷施加装置所产生的敲击载荷是整个桥梁检测的基础。如图所示，本发明的敲击载荷施加装置主要包括:移动小车1，能够在待测桥梁上移动；敲击装置21，设置于移动小车I上，敲击装置21能够产生敲击载荷，并通过移动小车将敲击载荷传递至待测桥梁；敲击控制装置22，连接于敲击装置21，用于控制敲击装置22以产生预定的敲击载荷。如图1及图2中所示，移动小车I承载敲击装置21，并能够带动其在待测桥梁上移动，在移动小车I移动的同时，载敲击子系统2可持续施加敲击载荷，从而可实现对整个待测桥梁的敲击扫描。移动小车I可连接一驱动装置10，并由该驱动装置10驱动而在待测桥梁上移动，本实施例中，驱动装置10为一牵引车辆，牵引移动小车I运动。在其他实施例中，移动小车I也可自身具有动力，而可在桥梁上移动。移动小车除了具有承载的作用外，如上所述，其还起到传递敲击载荷的作用，所以，移动小车本身应经过特殊设计以降低或者完全消除对敲击载荷的缓冲作用和干扰，使敲击载荷能够完整有效地传递到待测桥梁，例如在本实施例中，移动小车I包括有车身11和车轮，其中车身11可为刚性车身，车身11材料可优选为钢材，车身11的各个零部件之间采用固接方式连接，并且各部件紧密贴合，以降低或者消除车身各零部件之间产生碰撞而干扰敲击载荷的传递。车身11本身设计为刚性悬挂装置，从而不会缓冲减弱敲击载荷。车身11的重量不宜过轻，以免敲击时产 生跳动。另外，车身11的重量以及构造也应经过特定设计，在设计和生产的过程中，根据车身的重量以及结构就确定了移动小车本身的固有频率，在敲击装置21施加敲击载荷时，应注意敲击载荷的频率，避免移动小车产生共振现象。
车轮也为刚性车轮，设置于车身11下方或两侧，其选材优选的可为钢材，以具有良好的抗冲击性能和敲击载荷传递性能，车轮外缘无塑胶轮胎等缓冲部件，也就是说车轮为刚性轮盘(如钢制轮盘)，刚性轮盘直接接触待测桥梁的表面，以最直接有效的向待测桥梁传递敲击载荷。本实施例中，移动小车I的车轮包括有前车轮12和后车轮13，前车轮12设有一个，后车轮13设有两个，前车轮12位于移动小车的纵向车身轴线L上，两个后车轮13对称的设于车身轴线L的两侧，前车轮12和两个后车轮13形成等腰三角形，从而使移动小车I的移动更加稳定，并且当车身11承受敲击载荷时，小车依然能够稳定前行，不发生跳动或者颠簸。当然，移动小车车轮的数量及布设方式可根据实际测量环境灵活设计，本领域技术人员可根据上述公开内容变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。敲击装置21设置于移动小车I上，用于产生敲击载荷并通过移动小车将敲击载荷施加于待测桥梁，本实施例中，敲击装置21采用的为激振器，例如JKZ系列激振器，激振器固设于移动小车I的车身11上，更具体的说，激振器包括有底座和机身，底座固接于车身11上，且最好为无缝固接，激振器机身设置于底座上，激振器已为常规器件，市面上有多种规格，可根据实际检测需要进行选择，关于激振器的内部结构及功能不再详细说明。激振器的产生的激振力也就是敲击载荷将直接作用于移动小车I的车身11，通过移动小车的车身及车轮将敲击载荷传递到待测桥梁的桥面。敲击控制装置22与敲击装置21连接，用于控制敲击装置22以产生预定的敲击载荷，例如控制敲击装置的敲击频率和敲击幅值等，使作用于小车和待测桥梁的敲击载荷能够满足检测的需求，一方面可激发出足够灵敏的桥梁响应信号，另一方面可避免移动小车产生共振，以及可滤除干扰噪声的主要频段。本实施例中，敲击装置21为激振器，相配合的，敲击控制装置22为激振器控制器，激振器控制器也为常规部件，其结构和原理不再赘述。敲击控制装置22的设置位置不受限制，在一优选实施例中，敲击控制装置22可以设置于驱动装置10中，与驱动装置10整合为一体，以提高整个装置的集成化程度，比如本实施例中的激振器控制器可直接设置于牵引车辆的内部，由操作人员在车辆内部进行操作，控制激振器。另外，激振器带有常规激振器电源，该激振器电源可直接设置于移动小车I上，或者设置于驱动装置10中。以上即为本发明敲击载荷施加装置的结构组成，下面结合附图来说明本发明敲击载荷施加装置的简单应用驱动装置10牵引移动小车I在待测桥梁上移动，为了后期能够方便准确的确定桥梁损伤位置，驱动装置10和移动小车I应尽量为匀速运动。与此同时，设置于移动小车I上的敲击装置21在敲击控制装置22的控制下对车身施加敲击载荷，敲击载荷的频率及幅值大小均受控于敲击控制装置22，从而能够产生理想的敲击载荷。敲击载荷由小车车身、车轮传递而最终施加于待测桥梁，移动小车所走过的桥面，均受到敲击扫描。由上述可知，本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，能够将预期频率及幅值的敲击载荷连续稳定的施加于待测桥梁，从而满足敲击扫描式桥梁损伤检测时的需求。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，包括: 移动小车，能够在待测桥梁上移动； 敲击装置，设置于所述移动小车上，所述敲击装置能够产生敲击载荷，并通过所述移动小车将敲击载荷传递至待测桥梁； 敲击控制装置，连接于所述敲击装置，用于控制所述敲击装置以产生预定的敲击载荷。
2.根据权利要求1所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动所述移动小车在待测桥梁上移动。
3.根据权利要求2所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述驱动装置为牵引车辆。
4.根据权利要求1所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述移动小车包括: 车身； 车轮，设置于所述车身，所述车轮为刚性轮盘且直接接触待测桥梁表面。
5.根据权利要求4所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述车轮包括一个前车轮和两个后车轮，所述前车轮位于所述移动小车的纵向车身轴线上，两个所述后车轮对称地设于所述纵向车身轴线的两侧。
6.根据权利要求4所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述敲击装置为激振器，所述激振器固接于所述车身，所述敲击控制装置为激振器控制器。
7.根据权利要求6所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述激振器包括底座，所述激振器的底座无缝固接于所述车身。
8.根据权利要求6所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，其特征在于，所述移动小车由一牵引车辆牵引而在待测桥梁上移动，所述激振器控制器设置于所述牵引车辆内。
全文摘要
本发明公开了一种敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置，包括移动小车，能够在待测桥梁上移动；敲击装置，设置于所述移动小车上，所述敲击装置能够产生敲击载荷，并通过所述移动小车将敲击载荷传递至待测桥梁；敲击控制装置，连接于所述敲击装置，用于控制所述敲击装置以产生预定的敲击载荷，本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的敲击载荷施加装置能够将预期频率及幅值的敲击载荷连续稳定地施加于待测桥梁，从而满足敲击扫描式桥梁损伤检测的需求。
文档编号G01M7/00GK103076277SQ20121058480
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者向志海, 陆秋海, 王珑祺, 张程浩, 沈兆普, 周马生, 杨小刚 申请人:清华大学, 中国路桥工程有限责任公司