基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统及方法与流程

本发明涉及工程设备技术领域，具体涉及一种基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统及方法。

背景技术：

在长时间运营服役状态下，处于河流中桥梁的桥墩基础冲刷是普遍存在的一种病害，也是造成桥梁失稳倒塌的主要原因。

近些年，由于健康监测技术的发展，利用传感器连续监测桥梁状态，获得桥梁的服役情况，并传输给数据中心，有助于管理人员及时了解桥梁状况，并作出应对的管理养护措施。然而，现有的针对桥梁桥墩的健康监测指标，往往包含温度、风、结构位移、应变或开裂等，针对河流中桥梁桥墩冲刷的监测指标一直未建立，往往依靠潜水员监测的方式，耗时费力。同时，处于河流中的桥梁在水流的作用下发生极细微的振动，这种振动在通常条件下难以监测到，随着桥梁的桥墩基础冲刷加重，振动程度会逐渐增大，然而，即使振动程度增大，这种振动依然难以监测，会导致一旦被监测到振动的发生，桥墩基础已经被冲刷的非常严重，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有的针对河流中桥梁桥墩冲刷的监测指标一直未建立，且处于河流中的桥梁在水流的作用下发生极细微的振动，难以检测到的问题。本本发明的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统及方法，随着河流对桥梁桥墩冲刷程度变化，加速度传感器获取的桥墩振动数据，能够判断桥墩振动频率是否变化，从而能够准确灵敏地监测到冲刷状况，从而可及时发现桥梁冲刷病害，从而更加适于实际工程，结构简单、成本低廉、使用方便，监测灵敏度高、结果准确，具有良好的应用前景和产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统，其特征在于：包括冲击锤、加速度传感器、采集器、数据传输装置和数据处理装置，

所述冲击锤，用于对桥梁的盖梁的侧壁冲击，引起桥墩振动；

所述加速度传感器，用于检测冲击锤对桥梁的盖梁的侧壁冲击时，桥墩振动产生的振动数据；

所述采集器，用于采集加速度传感器获取的桥墩振动产生的振动数据；

所述数据传输装置，用于接收采集器采集到的振动数据，并传输数据处理装置；接收数据处理装置的冲击锤触发控制信号，并发送给冲击锤，触发冲击锤对桥梁的盖梁的侧壁冲击；

所述数据处理装置，用于接收处理振动数据，判断桥梁桥墩冲刷状况，并产生冲击锤触发控制信号；

所述冲击锤固定在桥梁的盖梁侧壁上，所述采集器固定在桥梁的盖梁顶部，所述加速度传感器与采集器相连接，所述采集器通过数据传输装置与数据处理装置相连接，所述数据处理装置还通过数据传输装置与冲击锤相连接。

前述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统，其特征在于：所述数据传输装置为无线数据传输装置，所述数据传输装置与数据处理装置通过无线进行数据通信。

前述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统，其特征在于：所述冲击锤，在数据处理装置的控制下，定期对桥梁的盖梁的侧壁冲击，引起桥墩振动。

前述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统，其特征在于：所述冲击锤，在数据处理装置的控制下，每天6时和20时，两次对桥梁的盖梁的侧壁冲击，引起桥墩振动。

基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（a），将冲击锤固定在桥梁的盖梁侧壁上，采集器固定在桥梁的盖梁顶部，并将加速度传感器与采集器相连接，采集器与数据传输装置相连接；

步骤（b），建立数据传输装置、数据处理装置的无线通信；

步骤（c），数据处理装置定期的产生冲击锤触发控制信号，并通过数据传输装置将冲击锤触发控制信号，发送给冲击锤；

步骤（d），冲击锤接收到冲击锤触发控制信号后，对桥梁的盖梁的侧壁冲击，引起桥墩振动；

步骤（e），在桥墩振动后，加速度传感器检测桥墩振动产生的振动数据，采集器采集加速度传感器获取的桥墩振动产生的振动数据；

步骤（f），采集器将采集到的桥墩振动产生的振动数据，传输给数据传输装置；

步骤（g），数据传输装置将振动数据通过无线传输给数据处理装置；

步骤（h），数据处理装置（5）通过接收到的振动数据进行快速傅里叶变换处理，得到桥墩的振动频率值，并与桥墩振动频率阈值进行比较，若存在明显变化，且判定存在桥墩冲刷病害。

前述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测方法，其特征在于：数据处理装置（5）定期的产生冲击锤触发控制信号，是在每天6时和20时，两次对产生冲击锤触发控制信号。

前述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测方法，其特征在于：步骤（h），所述桥墩振动频率阈值为前一天计算得到的桥墩的振动频率值的平均值。

前述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测方法，其特征在于：步骤（h），明显变化为桥墩的振动频率值与桥墩振动频率阈值比较后，波动达到10%及以上。

本发明的有益效果是：本发明的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统及方法，随着河流对桥梁桥墩冲刷程度变化，加速度传感器获取的桥墩振动数据，能够判断桥墩振动频率是否变化，从而能够准确灵敏地监测到冲刷状况，从而可及时发现桥梁冲刷病害，从而更加适于实际工程，结构简单、成本低廉、使用方便，监测灵敏度高、结果准确，具有良好的应用前景和产业上的利用价值。

附图说明

图1是本发明的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统的安装位置示意图；

图2是本发明的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统的系统框图。

附图中标记的含义如下：

1：冲击锤；2：加速度传感器；3：采集器；4：数据传输装置；5：数据处理装置；6：盖梁。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1及图2所示，本发明的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统，包括冲击锤1、加速度传感器2、采集器3、数据传输装置4和数据处理装置5，

所述冲击锤1，用于对桥梁的盖梁6的侧壁冲击，引起桥墩振动；

所述加速度传感器2，用于检测冲击锤1对桥梁的盖梁6的侧壁冲击时，桥墩振动产生的振动数据；

所述采集器3，用于采集加速度传感器2获取的桥墩振动产生的振动数据；

所述数据传输装置4，用于接收采集器3采集到的振动数据，并传输数据处理装置5；接收数据处理装置5的冲击锤触发控制信号，并发送给冲击锤1，触发冲击锤1对桥梁的盖梁6的侧壁冲击；

所述数据处理装置5，用于接收处理振动数据，判断桥梁桥墩冲刷状况，并产生冲击锤触发控制信号；

所述冲击锤1固定在桥梁的盖梁6侧壁上，所述采集器3固定在桥梁的盖梁6顶部，所述加速度传感器2与采集器3相连接，所述采集器3通过数据传输装置4与数据处理装置5相连接，所述数据处理装置5还通过数据传输装置4与冲击锤1相连接。

所述数据传输装置4为无线数据传输装置，所述数据传输装置4与数据处理装置5通过无线进行数据通信，无线通信，无线布线，使用方便，便于远程的桥梁桥墩冲刷状况监测。

所述冲击锤1，在数据处理装置5的控制下，定期对桥梁的盖梁6的侧壁冲击，引起桥墩振动，优选的每天6时和20时，两次对桥梁的盖梁6的侧壁冲击，引起桥墩振动。

根据上述的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统的桥梁桥墩冲刷状况监测方法，包括以下步骤，

步骤（a），将冲击锤1固定在桥梁的盖梁6侧壁上，采集器3固定在桥梁的盖梁6顶部，并将加速度传感器2与采集器3相连接，采集器3与数据传输装置4相连接；

步骤（b），建立数据传输装置4、数据处理装置5的无线通信；

步骤（c），数据处理装置5定期的产生冲击锤触发控制信号，并通过数据传输装置4将冲击锤触发控制信号，发送给冲击锤1，优选的是在每天6时和20时，两次对产生冲击锤触发控制信号；

步骤（d），冲击锤1接收到冲击锤触发控制信号后，对桥梁的盖梁6的侧壁冲击，引起桥墩振动；

步骤（e），在桥墩振动后，加速度传感器2监测桥墩振动产生的振动数据，采集器3采集加速度传感器2获取的桥墩振动产生的振动数据；

步骤（f），采集器3将采集到的桥墩振动产生的振动数据，传输给数据传输装置4；

步骤（g），数据传输装置4将振动数据通过无线传输给数据处理装置5；

步骤（h），数据处理装置（5）通过接收到的振动数据进行快速傅里叶变换处理，得到桥墩的振动频率值，并与桥墩振动频率阈值进行比较，若存在明显变化为桥墩的振动频率值与桥墩振动频率阈值比较后，波动达到10%及以上，且判定存在桥墩冲刷病害，所述桥墩振动频率阈值为前一天计算得到的桥墩的振动频率值的平均值。

综上所述，本发明的基于冲击锤的桥梁桥墩冲刷状况监测系统及方法，随着河流对桥梁桥墩冲刷程度变化，加速度传感器获取的桥墩振动数据，能够判断桥墩振动频率是否变化，从而能够准确灵敏地监测到冲刷状况，从而可及时发现桥梁冲刷病害，从而更加适于实际工程，结构简单、成本低廉、使用方便，监测灵敏度高、结果准确，具有良好的应用前景和产业上的利用价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。