一种大跨桥梁动态位移视频传感器系统的制作方法

本发明涉及视频位移传感器技术的改进，主要针对大跨度桥梁动态位移的测试。

背景技术：

近年来，由于经济和交通突飞猛进，交通量的剧增和超限超载现象在世界各国凸显。经济的迅速发展，对于交通能力的要求也在不断提高，不少桥梁的老化和功能退化已呈现加速趋势。为了确保大型桥梁结构的安全性和耐久性，减少和避免重大损失，进行大型桥梁结构工作状态和结构特性参数的监测和评估工作已迫在眉睫。

传统的大跨桥梁动态位移测试方法分为接触式测试和非接触式测试两种。目前为止已经研发的各种传统测试技术各有其局限性和缺点。接触式测试方法由于需要在结构在安装标靶，给其的使用带来不便。而目前存在的非接触式位移传感器不仅受到测量精度和测量距离的限制，而且易受外界环境的影响。视频位移传感器技术的出现使上述问题得到了解决。

视频位移传感器由摄影机、光学镜头、三脚架及配件和笔记本电脑组成。其具有便携性、易操作、不需要安装标靶和测量精度高等优越性。视频传感器技术的基本原理是通过装有光学镜头的摄影机捕获一个时段内桥梁结构的振动过程，再利用模板匹配技术和像素处理技术获得高精度的桥梁结构像素振动位移，再通过坐标变换到用实际距离单位表示的振动位移曲线。

现有视频位移传感器系统首先利用摄影机记录下桥梁动态位移过程，再利用线缆传送至笔记本电脑。利用特定程序对视频进行处理，得到其动态位移时程曲线。现存问题主要有以下两点：(1)外界环境产生的振动对测量结果影响较大，主要包括实际工程测量中车辆导致的地面振动，风力导致的测量设备的振动以及测量中人为因素所产生的振动，大跨桥梁的动态位移测量对其精度要求到毫米级，这些因素势必对测量结果产生很大的影响。(2)测量角度的精确计算，现有测量计算对镜头与桥梁结构之间角度问题，往往是忽略不计，考虑仰角不是很大时，对测量结果影响不大，而对于大跨度桥梁来讲，设备架设点往往离结构较远，此时的角度较大，由此产生的测量结果偏差较大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供的一种抗外界干扰性强、高精度大跨桥梁动态位移视频传感器系统，其为适应实际工程复杂环境下使用的，以及在不同测量角度下，实现对大跨桥梁动态位移精确测量的设备。

本发明采用的技术方案为：一种大跨桥梁动态位移视频传感器系统，包括变焦距镜头、三角架、视频传感器、线缆、加速度传感器、线缆固定夹、水平角刻度盘、结构固定夹、仰角刻度盘、水准仪、中杆伸缩夹和脚杆固定夹；

所述变焦距镜头安装在三角架上，三角架由上部的镜筒托架与下部结构组成，镜筒托架与下部结构之间通过结构固定夹固定；

所述变焦距镜头通过其下部的卡槽与截面为圆弧形镜筒托架相连接，并通过镜筒托架下方的调节螺丝将其握紧固定，变焦距镜头与视频传感器连接，视频传感器伸出的线缆布置在三脚架内表面，并通过线缆固定夹固定；

所述加速度传感器置于镜筒托架下部，加速度传感器伸出的线缆同样布置在三脚架内表面；

所述三角架上安装有水平角刻度盘、仰角刻度盘和水准仪；所述三角架的脚杆上设有脚杆固定夹，所述三角架的中杆上设有中杆伸缩夹。

作为优选，所述三角架的脚杆底部设有可替换磁铁脚尖，脚尖内有磁铁，同时脚尖与脚杆通过螺纹连接。

作为优选，所述三角架的中杆上设有线缆收放装置。

本发明在镜筒的下方设有高灵敏度双刻度盘，镜筒与三脚架采用圆盘式卡槽连接。随着镜筒的转动，角度刻度表可记录下测量时镜筒角度的变化，再利用角度值计算得到结构水平和竖向两个方向的动态位移。

在三脚内部设置有加速度传感器，可测得设备本身的细微振动。初始得到的动态位移时程曲线应滤掉加速度传感器测得的部分，才得到最终的位移时程值。

另外，线缆均采用依附于三脚架内表面布置，利用卡槽将其固定。三脚架中杆内部设置有线缆收放装置用来存放线缆，其原理类似于生活中的织布用线。对于需要远距离控制操作时，可更换较长的线缆。

本发明的有益效果：

1.可精确处理测量时的角度问题，使得竖向和水平向位移的划分更加明确，测量结果更准确。

2.镜头与三脚架的连接采用圆盘式卡槽连接，连接更加牢固，整个系统更加稳定，手动对准目标点时也更加简单方便。

3.加速度传感器的布置，使得整个系统抗外界干扰性更强，从而使得视频位移传感器能够更好的应用到实际工程中。

4.线缆的布置采用依附于三脚架内表面，使测量设备在应用中更加的安全和稳定。

改进之后，整个大跨桥梁视频位移传感器系统具有抗外界干扰性强、携带方便、易操作等优越性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中变焦距镜头与镜筒托架连接示意图；

图3为本发明中镜筒托架与下部结构连接示意图；

图4为本发明中仰角刻度盘安装示意图；

图5为本发明中下部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1-5所示：一种大跨桥梁动态位移视频传感器系统，包括变焦距镜头1、三角架、视频传感器2、线缆3、加速度传感器4、线缆固定夹5、水平角刻度盘6、结构固定夹7、仰角刻度盘8、水准仪9、中杆伸缩夹11和脚杆固定夹12；

所述变焦距镜头1安装在三角架上，三角架由上部的镜筒托架与下部结构组成，镜筒托架与下部结构之间通过结构固定夹7固定；

所述变焦距镜头1通过其下部的卡槽与截面为圆弧形镜筒托架相连接，并通过镜筒托架下方的调节螺丝将其握紧固定，变焦距镜头1与视频传感器2连接，视频传感器2伸出的线缆布置在三脚架内表面，并通过线缆固定夹5固定，测量前调试阶段，线缆固定夹处于打开状态。调试完整后关闭固定夹，将固定于中杆的内表面；

所述加速度传感器4置于镜筒托架下部，加速度传感器4伸出的线缆同样布置在三脚架内表面，测试开始时，将其连接到笔记本，供给电源；

所述三角架上安装有水平角刻度盘6、仰角刻度盘8和水准仪9，调试阶段，随着镜头的移动，水平刻度盘6和仰角刻度盘8记录下其角度的变化量；水准仪9用来观察调整仪器是否处于水平状态；

所述三角架的脚杆上设有脚杆固定夹12，用于固定调整整个结构，通过打开脚杆固定夹12可以缩放各脚杆，调整到合适高度后，将其关闭锁定；所述三角架的中杆上设有中杆伸缩夹11，可调节中杆的长度。

所述三角架的脚杆底部设有可替换磁铁脚尖10，脚尖内有磁铁，使结构放置更加稳定，同时脚尖与脚杆通过螺纹连接，根据测试环境不同可替换不同的脚尖。

所述三角架的中杆上设有线缆收放装置13，测量时根据需要长度将线缆放出，结束时将线缆收回。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种大跨桥梁动态位移视频传感器系统，包括变焦距镜头、三角架、视频传感器、线缆、加速度传感器、线缆固定夹、水平角刻度盘、结构固定夹、仰角刻度盘、水准仪、中杆伸缩夹和脚杆固定夹；所述变焦距镜头通过其下部的卡槽与截面为圆弧形镜筒托架相连接，并通过镜筒托架下方的调节螺丝将其握紧固定，变焦距镜头与视频传感器连接，视频传感器伸出的线缆布置在三脚架内表面，并通过线缆固定夹固定；所述加速度传感器置于镜筒托架下部固定卡槽内；所述三角架上安装有水平角刻度盘、仰角刻度盘和水准仪。本发明是为适应实际工程复杂环境下使用的，以及在不同测量角度下，实现对大跨桥梁动态位移精确测量的设备。

技术研发人员：李枝军;宋奎;马志国;徐秀丽;李雪红
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：2017.05.09
技术公布日：2017.07.25