专利名称：监测桥梁结构相对位移的激光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及桥梁结构健康监测领域，特别涉及一种监测桥梁结构相对位 移的激光装置。
背景技术：
桥梁结构空间位置的相对变化是反映桥梁体系健康状态的重要参量。例如基础不 均勻沉降会引起主梁边界条件的显著变化，进而导致主梁产生附加内力及偏离原来的合理 线形，对桥梁的安全性和使用性都造成不利影响；主梁线形是基础沉降、锚索张力(斜拉桥、 悬索桥体系)和自身刚度退化多因素共同作用的结果，是反映桥梁健康状态的一个综合性 指标，同时主梁线形还与路面平顺性密切相关，影响桥梁的使用性能。因此，基础不均勻沉 降监测和主梁线形监测是许多桥梁健康监测系统的重要内容。目前适用于基础不均勻沉降与主梁线形长期监测的技术有GPS、全站仪和静力水 准仪等。GPS监测的优点是可以获得实时的站点位置三维空间坐标，监测结果不受恶劣天气 的影响；其缺点为设备昂贵、精度尚待进一步提高、以及接收卫星信号对监测点上方空间开 阔性的严格要求使其难以应用于桥梁下部结构位移的监测。利用全站仪监测结构位移只需 要在结构测点上安装反射棱镜，全站仪逐一扫描各反射棱镜的位置并记录棱镜中心的三维 坐标，全部测量过程可以通过设定的机载程序驱动全站仪马达自动完成。该方法的优点是 只要通视条件满足一部全站仪可以测量任意多个位置的三维坐标，其缺点是测量结果的实 时性和同步性差，且严重受天气条件的制约。静力水准仪是基于连通器原理监测结构在竖 直方向上的相对位移，虽然其监测信息远不及利用GPS和全站仪所获得的丰富，但是从监 测基础不均勻沉降与主梁线形变化的目的考虑，静力水准仪已能够满足要求。静力水准仪 精度高、造价低、能够实时采集数据，然而其液压连通的测量原理也带来一系列问题，其中 一旦连通管泄露(因设备老化而不可避免的事故)整套监测设备就会失效；所有连通的水准 仪之间的最大高程差不能超过水准仪量程因而不能测量高程相差很大的位置之间的相对 位移；布设困难。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是要提供一种准确、简便、稳定实现位移监测的 监测桥梁结构相对位移的激光装置。为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种监测桥梁结构相对位移的激光 装置，该装置由多个相邻的箱体组成，每个箱体由一基座固定于监测点底部，箱体外部是封 装罩，在箱体内部基座下方固定一个双向铰链，双向铰链连接一根连杆，连杆下方连接一夹 具，夹具夹住一个激光发射器，激光发射器对准封装罩前面板的通孔，前面板的通孔对准相 邻箱体封装罩背板上的激光标靶，标靶上有光敏传感器接收激光发射器信号。所述双向铰链是由二个转动面垂直的铰链串联构成，其中上面一个铰链的一端固 定于基座上，铰链这一端下方有轴孔，另一端也有轴孔，两端通过转轴滑动连接；第二个铰链与第一个铰链连接方式相同，通过转轴与第一个铰链活动连接，第二个铰链下方连接连 杆，使连杆永远处于垂直方向。所述连杆下方的夹具夹住激光发射器，调节夹点位置，并能调节激光发射器垂直 方向的夹角，使激光发射器对准封装罩前面板的通孔。本实用新型摒弃测量相对位移常用的液压连通的传感原理，而采用光线沿直线传 播的原理，从而能够实时、准确、方便、稳定地实现土木工程结构物的相对位移监测，具有广 阔的应用前景。本实用新型的优点是1、结构简单，传感误差易控制；2、被测量的两点之间不需要任何连接，布设方便；3、能够直接测量结构上满足通视条件的任意两点之间的相对位移；4、监测数据的实时与同步性。
图1为本实用新型去掉封装罩前面板的立体图2为图1的正视图3为双向铰链与连杆连接的正视图4为图3的侧图5为本实用新型的测量原理图中标号说明
1一基座 3—连杆 5—夹具 7—通孔
2—激光发射器 4一双向铰链； 6—封装罩； 8—激光标靶。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本实用新型作进一步的描述。如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型提供了一种监测桥梁结构相对位移的激 光装置，该装置由多个相邻的箱体组成，每个箱体由基座1固定于监测点底部，箱体外部是 封装罩6，在箱体内部基座1下方固定一个双向铰链4，双向铰链4连接一根连杆3，连杆3 下方连接一夹具5，夹具5夹住一个激光发射器2，激光发射器2对准封装罩6前面板的通 孔7，前面板的通孔7对准相邻箱体封装罩6背板上的激光标靶8，标靶8上有光敏传感器 接收激光发射器2信号。所述双向铰链4是由二个转动面垂直的铰链串联构成，其中上面一个铰链的一端 固定于基座1上，铰链这一端下方有轴孔，另一端也有轴孔，两端通过转轴滑动连接；第二 个铰链与第一个铰链连接方式相同，通过转轴与第一个铰链活动连接，第二个铰链下方连 接连杆3，使连杆3永远处于垂直方向。所述连杆3下方的夹具5夹住激光发射器2，调节夹点位置，并能调节激光发射器 2垂直方向的夹角，使激光发射器2对准封装罩6前面板的通孔7。[0028]基座1固定于监测点的底部，若监测点为混凝土结构采用膨胀螺栓连接，若监测 点为钢结构则采用焊接。连杆3上部设有双向铰链4，双向铰链4与基座1的中心对正焊 接。双向铰链4在两个互相垂直的平面内可以自由转动，因此在重力作用下连杆3在双向 铰链4以下的部分能始终保持在垂直方向上。连杆3下部设有夹具5用于固定激光发射器 2，夹具5允许调节激光发射器2与连杆3的夹角，然而一旦将夹具5收紧，激光发射器2与 连杆3的夹角就不再改变。若激光发射器2的重心不在连杆3的轴线上，那么连杆3在双 向铰链4以下的部分会偏离铅垂方向，但是无论如何连杆3轴线与铅垂方向的夹角不变，综 上，激光发射器2与水平面之间的夹角是固定不变的，这是本实用新型能够监测两点间相 对位移的基础，双向铰链4与夹具5都是为实现这个目的而设计的。激光发射器2发射的 光线穿过封装罩6上的通光孔7后，照射在相邻箱体的激光标靶8上。激光标靶8由光敏 原件制作，能够感知光线照射点在标靶中的位置，后端设备采集激光标靶8的输出，并解调 为点坐标的形式记录下来。封装罩6和基座1构成一个封闭空间，将激光发射器2、连杆3 等其它构件保护起来。如图5所示，进一步阐述本实用新型的工作原理假定依据某座桥梁的健康监测 需求分析，有一系列监测点(1#监测点、2#监测点、……)之间的相对位移是需要关注的。下 面以1#监测点与2#监测点之间相对位移的监测为例来说明本实用新型的工作原理，记布设 在两个测点上的传感器分别是1#传感器和2#传感器。调整1#传感器的激光发射器与水平 面的夹角，使得由1#传感器A点发射的光线照射在2#传感器激光标靶上的B点，此时1#传 感器激光发射器与水平面的夹角记为θ。现假设1#监测点发生向下的位移01;1#传感器上 A点随1#监测点移动到f点，但激光发射器与水平面之间的夹角保持为9，在2#传感器的 激光标靶上光线的照射点移动到『点，显见8与『点之间的距离等于A与f点之间的距 离，亦即1#监测点的竖向位移D115再假设2#监测点发生向上的位移D2,在此情况下，光线照 射点在空间中绝对位置没有变化，但是其参照点B点向上移动至B”点(B与B”点之间的 距离等于D2)，与B”点相比光线照射点在激光标靶上的位置又向下移动了 D2。B”点与B— 点之间的距离就是上述整个过程中1#监测点与2#监测点之间的相对位移队+仏。其实，无 论1#监测点与2#监测点在何时发生如何的竖向位移，只要对比1#传感器发射的光线在2# 传感器激光标靶上照射点的位置变化，就能够知悉1#监测点与2#监测点之间的相对位移。
权利要求1.一种监测桥梁结构相对位移的激光装置，其特征在于该装置由多个相邻的箱体组 成，每个箱体由一基座固定于监测点底部，箱体外部是封装罩，在箱体内部基座下方固定 一个双向铰链，双向铰链连接一根连杆，连杆下方连接一夹具，夹具夹住一个激光发射器， 激光发射器对准封装罩前面板的通孔，前面板的通孔对准相邻箱体封装罩背板上的激光标 靶，标靶上有光敏传感器接收激光发射器信号。
2.根据权利要求1所述的监测桥梁结构相对位移的激光装置，其特征在于所述双向 铰链是由二个转动面垂直的铰链串联构成，其中上面一个铰链的一端固定于基座上，铰链 这一端下方有轴孔，另一端也有轴孔，两端通过转轴滑动连接；第二个铰链与第一个铰链连 接方式相同，通过转轴与第一个铰链活动连接，第二个铰链下方连接连杆，使连杆永远处于 垂直方向。
3.根据权利要求1所述的监测桥梁结构相对位移的激光装置，其特征在于所述连杆 下方的夹具夹住激光发射器，调节夹点位置，并能调节激光发射器垂直方向的夹角。
专利摘要本实用新型公开了一种监测桥梁结构相对位移的激光装置，该装置由多个相邻的箱体组成，每个箱体由一基座固定于监测点底部，箱体外部是封装罩，在箱体内部基座下方固定一个双向铰链，双向铰链连接一根连杆，连杆下方连接一夹具，夹具夹住一个激光发射器，激光发射器对准封装罩前面板的通孔，前面板的通孔对准相邻箱体封装罩背板上的激光标靶，标靶上有光敏传感器接收激光发射器信号。本实用新型的优点是结构简单，传感误差易控制；被测量的两点之间不需要任何连接，布设方便；能够直接测量结构上满足通视条件的任意两点之间的相对位移；监测数据的实时与同步性。
文档编号G01C15/00GK201852585SQ20102061367
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者周毅, 孙守旺, 闵志华 申请人:上海同睿工程咨询有限公司