一种桥梁挠度检测快速自安平装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种桥梁挠度检测快速自安平装置，包括壳体，壳体内活动设置有单摆轴，单摆轴末端连接激光发生器，所述单摆轴上缠绕有感应线圈，壳体内还设置有励磁线圈组和加电机构，加电机构用于给励磁线圈组施加电流。本实用新型利用加电机构给励磁线圈组通电，通电后的励磁线圈组产生磁场，单摆轴在摆动的过程中，感应线圈内产生感应电流，感应电流产生感应磁场，感应磁场阻碍单摆轴的运动，从而使得单摆轴的单摆运动以最快的速度趋于停止，使激光发生器能够迅速回位到平衡状态，减少单摆结构摆动的次数，提高测量的精度和响应时间。
【专利说明】
一种桥梁挠度检测快速自安平装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于桥梁检测装置控制领域，具体涉及一种桥梁挠度检测快速自安平 装置。
【背景技术】
[0002] 挠度监测是桥梁健康监测的重要内容，通过在实践中不断探索，大量桥梁挠度测 量方法被研究出来，激光图像法通过不断被改进具备了测量精度高、测量距离远、功耗低、 体积小、价格便宜、便于安装调试等特点，因而得到广泛的应用。但是，现阶段采用的激光挠 度监测系统在仍然存在着激光发射器回位到水平位置的速度不够迅速，使得测量装置误差 超过允许的范围。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种桥梁 挠度检测快速自安平装置，能够使挠度检测的激光光源在很短的时间内恢复到水平位置。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0005] -种挠度检测快速自安平装置，包括壳体，壳体内活动设置有单摆轴，单摆轴末端 连接激光发生器，所述单摆轴上缠绕有感应线圈，壳体内还设置有励磁线圈组和加电机构， 加电机构用于给励磁线圈组施加电流。
[0006] 具体地，所述加电机构包括电池组和电位器，电池组与电位器和所述励磁线圈组 均连接。
[0007] 进一步地，所述挠度检测快速自安平装置还包括T形杆，T形杆的横杆穿过所述壳 体活动连接所述的单摆轴的顶端。
[0008] 进一步地，所述单摆轴上固设有夹板，夹板与所述单摆轴的轴线垂直;所述单摆轴 的末端穿过夹板活动连接所述的激光发生器;夹板与所述激光发生器通过微调螺母连接。
[0009] 具体地，所述T形杆的横杆与所述的单摆轴的顶端通过第一轴承连接;所述的单摆 轴的末端与所述的激光发生器通过第二轴承连接。
[0010] 具体地，所述励磁线圈组包括第一励磁线圈和第二励磁线圈，第一励磁线圈设置 在所述T形杆的横杆上方，第二励磁线圈设置在所述壳体的底面。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果:本实用新型利用加电机构给励 磁线圈组通电，通电后的励磁线圈组产生磁场，单摆轴在摆动的过程中，感应线圈内产生感 应电流，感应电流产生感应磁场，感应磁场阻碍单摆轴的运动，从而使得单摆轴的单摆运动 以最快的速度趋于停止，使激光发生器能够迅速回位到平衡状态，减少单摆结构摆动的次 数，提高测量的精度和响应时间。
[0012] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的方案作进一步详细地解释和说明。
【附图说明】
[0013]图1是桥梁无载荷时，本实用新型的安装位置图；
[0014]图2是桥梁有载荷时，本实用新型的安装位置图；
[0015] 图3是单摆模型图；
[0016] 图4是本实用新型的整体结构示意图；
[0017] 图中标号代表：1 一壳体，2-单摆轴，3-激光发生器，4 一感应线圈，5-励磁线圈 组，5_1-第一励磁线圈，5_2-第二励磁线圈，6-加电机构，6_1 -电池组，6_2-电位器， 7 一T形杆，8-夹板，9 一微调螺母，10-第一轴承，11 一第二轴承，12-通光孔。
【具体实施方式】
[0018] 本实用新型的挠度检测快速自安平装置，参见图4,包括壳体1，壳体1内活动设置 有单摆轴2，单摆轴2末端连接激光发生器3，所述单摆轴2上缠绕有感应线圈4，壳体1内还设 置有励磁线圈组5和加电机构6,加电机构6用于给励磁线圈组5施加电流。
[0019] 所述壳体1采用高强度的ABS材料，为绝缘壳体，壳体1上设置有通光孔12，激光发 生器3正对通光孔12,激光发生器3发射出的射线穿过通光孔12对桥梁挠度进行检测。本实 用新型的挠度检测快速自安平装置安装在桥梁的桥腹面上，当桥梁处于图1所示的不加载 状态时，激光发生器3处于受力平衡状态，当桥梁处于图2所示的加载状态时，激光发生器3 受力不平衡，发生倾斜，简化成单摆的力学模型，如图3。
[0020] 为了解决现有技术中单摆轴2和激光发生器3回位到平衡状态的速度不够迅速的 问题，本实用新型利用加电机构6给励磁线圈组5通电，通电后的励磁线圈组5产生磁场，单 摆轴2在摆动的过程中，带动感应线圈4在磁场内做切割磁感线的运动，感应线圈4内产生感 应电流，感应电流产生感应磁场，感应磁场阻碍单摆轴2的运动，从而使得单摆轴2的单摆运 动以最快的速度趋于停止，使激光发生器3能够迅速回位到平衡状态，减少单摆结构摆动的 次数，提高测量的精度和响应时间。
[0021 ] 所述加电机构6包括电池组6_1和电位器6-2，电池组6_1与电位器6-2和所述励磁 线圈组5均连接;其中电池组6-1用于给励磁线圈组5施加电流，电位器6-2用于调节电流的 大小，以选取能够使单摆轴2快速回位到平衡状态所需要的电流。
[0022]为了保证单摆轴2与壳体1活动连接，所述挠度检测快速自安平装置还包括T形杆 7，T形杆7的横杆穿过所述壳体1活动连接所述的单摆轴2的顶端。
[0023]为了便于将激光发生器3安装在单摆轴2上，且保证激光发生器3与单摆轴2的轴线 始终垂直，所述单摆轴2上固设有夹板8,夹板8与所述单摆轴2的轴线垂直;所述单摆轴2的 末端穿过夹板8活动连接所述的激光发生器3;夹板8与所述激光发生器3通过微调螺母9连 接。通过调整微调螺母9调整激光发生器3与单摆轴2的轴线垂直。
[0024]所述T形杆7的横杆与所述的单摆轴2的顶端通过第一轴承10连接，使得单摆轴2的 顶端能够相对于T形杆7的横杆进行单摆运动;所述的单摆轴2的末端与所述的激光发生器3 通过第二轴承11连接，使得激光发生器3与单摆轴2之间的安装角度能够调节，保证激光发 生器3与单摆轴2的轴线始终垂直。
[0025]所述励磁线圈组5包括第一励磁线圈5-1和第二励磁线圈5-2,第一励磁线圈5-1设 置在所述T形杆7的横杆上方，第二励磁线圈5-2设置在所述壳体1的底面;第一励磁线圈5-1 和第二励磁线圈5-2用于产生磁场。
[0026] 本实用新型的加电机构6产生的电流的大小的确定方法如下：
[0027] 所述感应线圈4的长度为L，激光发生器3的质量为M，重力加速度设为G，驱动激光 发生器3做单摆运动的回复力和阻力分别为F和f，单摆轴2与竖直方向的夹角为8,由电磁学 知识可知，在低速的条件下，物体在磁场中运动的阻力大致与其运动的速度成正比（设运动 的线速度为v，阻力系数为K)，即速度和阻力之间满足公式：
[0028] f = -Ku (1)
[0029]运动的回复力为重力在速度方向的分力：
[0030] F=MGsin8 (2)
[0031] 物体运动的加速度在数学上可以表示为：
(3)
[0033]由公式(1)、（2)和(3)可以得到模型的运动学微分方程为：
(4)
[0035] 工程实际中S的值在<5°时认为sinS = S，令G/L=?2
，公式(4)变为：
(5)
[0037] 由振动学的基础知识知，当A= ?时，公式(5)的解为：
[0038] 8 = e_At(Ci+C2t) (6)
[0039] 此时，系统处于临界阻尼状态(A=?)，即单摆到达平衡所需要的时间
[0040] 最短，当A= ?时，可得阻力系数：
(7)
[0042]设感应线圈匝数为N，由安培定律知，感应线圈收到的阻力：
(8)
[0044]由公式(1)、（7)和(8)知，要满足临界阻尼条件，磁场强度B应该满足：
(9)
[0046] 其中，R为感应线圈的电阻。
[0047] 则感应线圈中施加的电流I为：
(10)
[0049]其中al，a2分别为材料相对导磁率和真空导磁率;n为励磁线圈组5中的第一励磁 线圈5-1或者第二励磁线圈5-2的线圈匝数，L'为第一励磁线圈5-1或者第二励磁线圈5-2的 线圈长度，r为第一励磁线圈5-1或者第二励磁线圈5-2的线圈的半径。在工程实际中，S的值 在很小时认为sin5:
，由于针对特定的桥梁，挠度变化时S有个最大 值5max，优选的，使5 = 5max，从而可以唯一选定电流I的值。
【主权项】
1. 一种桥梁挠度检测快速自安平装置，包括壳体（I)，壳体（1)内活动设置有单摆轴 (2)，单摆轴（2)末端连接激光发生器(3)，其特征在于，所述单摆轴（2)上缠绕有感应线圈 (4) ，壳体（1)内还设置有励磁线圈组(5)和加电机构(6)，加电机构(6)用于给励磁线圈组 (5) 施加电流。2. 如权利要求1所述的桥梁挠度检测快速自安平装置，其特征在于，所述加电机构（6) 包括电池组(6-1)和电位器(6-2)，电池组(6-1)与电位器(6-2)和所述励磁线圈组（5)均连 接。3. 如权利要求1所述的桥梁挠度检测快速自安平装置，其特征在于，所述挠度检测快速 自安平装置还包括T形杆(7)，T形杆(7)的横杆穿过所述壳体(1)活动连接所述的单摆轴(2) 的顶端。4. 如权利要求3所述的桥梁挠度检测快速自安平装置，其特征在于，所述单摆轴（2)上 固设有夹板(8)，夹板(8)与所述单摆轴(2)的轴线垂直;所述单摆轴(2)的末端穿过夹板(8) 活动连接所述的激光发生器(3);夹板(8)与所述激光发生器(3)通过微调螺母(9)连接。5. 如权利要求3所述的桥梁挠度检测快速自安平装置，其特征在于，所述T形杆(7)的横 杆与所述的单摆轴(2)的顶端通过第一轴承（10)连接;所述的单摆轴(2)的末端与所述的激 光发生器(3)通过第二轴承(11)连接。6. 如权利要求3所述的桥梁挠度检测快速自安平装置，其特征在于，所述励磁线圈组 (5)包括第一励磁线圈（5-1)和第二励磁线圈（5-2)，第一励磁线圈（5-1)设置在所述T形杆 (7)的横杆上方，第二励磁线圈（5-2)设置在所述壳体(1)的底面。
【文档编号】G01B11/16GK205505987SQ201620323606
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】徐雪峰, 李鹏飞, 胡晓, 朱旭东, 许迪, 陈厚德
【申请人】长安大学