本发明涉及桥梁工程建设技术领域，具体为一种桥梁应变监测传感装置及其监测方法。
背景技术：
我国的大跨径桥梁建设在近年来取得了巨大成就，其中桥梁施工监测起到了重要的技术支撑作用，总结工程经验可以发现，广泛使用的基于振弦式应变传感器的施工应变监测数据尤为重要，桥梁施工监测中的应变测试技术需要进一步开展研究。
目前大多使用传感器技术对桥梁进行相应的应变监测，使用最为广泛的就是在桥梁底部粘接应变计，但是由于粘接不够牢靠，应变计在水或其他因素的作用下，易发生损伤或从桥梁的底部脱落，而且目前的监测方法过于单一，传感数据传输效率过低，为此我们提供了一种桥梁应变监测传感装置及其监测方法。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种桥梁应变监测传感装置及其监测方法，具备便于安装应变计，数据传输效率较高，监测效果好等优点，解决了在桥梁底部粘接应变计时，由于粘接不够牢靠，应变计在水或其他因素的作用下，易发生损伤或从桥梁的底部脱落，监测方法过于单一，传感数据传输效率过低的问题。
(二)技术方案
为实现上述便于安装应变计，数据传输效率较高，监测效果好的目的，本发明提供如下技术方案：一种桥梁应变监测传感装置，包括桥梁本体和桥梁应变监测传感系统，所述桥梁本体的中部固定安装有支撑柱，所述支撑柱的背面活动连接有支撑板，所述支撑柱正面的两侧均螺纹套接有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉的另一端贯穿并延伸至支撑柱的背面且与支撑板的外表面螺纹套接，所述支撑板顶部的两侧均开设有套槽，所述套槽的内部固定安装有振弦式应变计，所述振弦式应变计的上表面与桥梁本体的底部相接触，所述支撑柱的外表面固定套装有固定板，所述固定板的两侧均固定安装有支撑杆，所述支撑杆的另一端固定安装有垫板，所述垫板的上表面与支撑板的底部活动连接；
所述桥梁应变监测传感系统包括有信号接收终端、实时数据采集器和工业控制计算机，所述信号接收终端的输出端和输入端分别与实时数据采集器的输入端和输出端电性连接，所述实时数据采集器的输入端和输出端分别与工业控制计算机输出端和输入端电性连接，所述实时数据采集器的输出端电性连接有移动接入模块和数据网关，所述移动接入模块的输出端电性连接有数据转换模块，所述数据转换模块的输出端电性连接有监测应用服务器，所述监测应用服务器的输出端电性连接有结构试验数据库服务器，所述桥梁应变监测传感系统的内部设有交换机，所述交换机的输入端和输出端分别与监测应用服务器和结构试验数据库服务器的输出端和输入端电性连接，所述交换机的输出端信号连接有防火墙，所述数据网关的输出端信号连接有监测数据交换模块，所述监测数据交换模块的输出端电性连接有路由转换器，所述路由转换器的输出端与防火墙的输入端信号连接。
优选的，所述支撑柱的内部开设有与锁紧螺钉相适配的螺纹孔，所述锁紧螺钉的一端延伸至螺纹孔的内部且与螺纹孔的内壁螺纹连接。
优选的，所述信号接收终端的内部设有传感器信号放大器、振弦应变传感器、光纤光栅传感器和摄像监控装置，所述传感器信号放大器的输入端和输出端分别与振弦应变传感器、光纤光栅传感器和摄像监控装置的输出端与输入端电性连接。
优选的，所述光纤光栅传感器的内部设有多芯光缆连接件，所述多芯光缆连接件的输出端电性连接有光纤熔接包，所述光纤熔接包的输出端信号连接有光纤终端台，所述光纤终端台的输出端信号连接有光纤光栅处理器。
一种桥梁应变监测传感装置的监测方法，所述监测方法如下：
第一步：振弦式应变计的安装
首先将固定板焊接在支撑柱的外表面，然后将支撑板放置于两个垫板的顶部，此时支撑板的正面与支撑柱的背面相接触，然后将锁紧螺钉插入螺纹孔中，锁紧螺钉的一端延伸至支撑柱的背面且与支撑板的螺纹套接，支撑板得以稳固，然后将振弦式应变计粘接在套槽的内部，振弦式应变计顶部的压力弦与桥梁本体的底部相接触，安装完毕；
第二步：应变力的监测
通过工业控制计算机控制实时数据采集器对信号接收终端的传感数据进行采集，传感数据分为两部分，分别传输至移动接入模块和数据网关内，经由移动接入模块处理后的位移信息传递至监测应用服务器，监测应用服务器将位移信息传输至结构试验数据库服务器的内部进行存储，交换机分别与监测应用服务器和结构试验数据库服务器进行数据交换，另一部分传感数据传递至数据网关进行集合，然后传输至监测数据交换模块，然后路由转换器根据实时网络拓扑变化，相互通信传递路由信息，利用收到的路由信息通过路由选择协议计算，更新路由表，路由转换器与防火墙进行数据交换，对该系统进行安全防护。
优选的，所述位移信息包括桥梁本体的挠度、横向位移、纵向位移、水平位移以及混凝土裂纹的变化信息，多个振动节点、应力应变节点和位移节点信息被传递至监测应用服务器内，进行后续传输。
优选的，所述信号接收终端内的传感器信号放大器将振弦应变传感器、光纤光栅传感器和摄像监控装置所传递的频率信号进行放大，再将其传输至实时数据采集器内，所述光纤光栅传感器依靠内部的光纤光栅处理器对机构的应变和温度变化进行数据处理，监测其反射波长，然后传递至数据网关。
优选的，所述振弦式应变计给出的是振动频率，需要转化为应力值，数据转换方法如下：
(1)应变量数据计算方法
uε＝△f/k，△f＝f02-f12
式中:uε为应变量
△f为实时测量的应变计输出值相对于基准值的变化量，单位为khz2；
k为振弦式应变计的率定系数；
f1为振弦式应变计的实时测量值；
f0为振弦式应变计的初始准值；
(2)压力值计算方法
pm＝uε/a
a为振弦式应变计每kn对应的应变量(uε)。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种桥梁应变监测传感装置及其监测方法，具备以下有益效果：
1、该桥梁应变监测传感装置及其监测方法，通过两个锁紧螺钉将支撑板固定在支撑柱的背面，便于支撑板进行更换，有利于对套槽内的振弦式应变计进行检修，再通过固定板、支撑杆和垫板的组合使用，有利于提高支撑板的平衡稳定性，从而提高振弦式应变计监测数据的准确性，避免振弦式应变计意外脱落或损伤而影响正常监测。
2、该桥梁应变监测传感装置及其监测方法，通过信号接收终端对应变力数据的传输，便于实时数据采集器进行数据采集，利用移动接入模块与数据网关的共同作用，有利于对振弦应变传感器和光纤光栅传感器所监测的数据进行分类传输，便于实时监测，利用数据转换模块将频率信号转化为数字信号，再通过监测应用服务器和结构试验数据库服务器对数据进行存储和记忆，利用监测数据交换模块对光纤数据进行监测，有利于提高该装置对桥梁的监测效果。
附图说明
图1为本发明振弦式应变计的安装结构示意图；
图2为本发明桥梁应变监测传感系统结构图；
图3为本发明信号接收终端的结构示意图；
图4为本发明光纤光栅传感器的结构示意图。
图中：1、桥梁本体；2、支撑柱；3、支撑板；4、锁紧螺钉；5、套槽；6、振弦式应变计；7、固定板；8、支撑杆；9、垫板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，一种桥梁应变监测传感装置，包括桥梁本体1和桥梁应变监测传感系统，桥梁本体1的中部固定安装有支撑柱2，支撑柱2的背面活动连接有支撑板3，支撑柱2正面的两侧均螺纹套接有锁紧螺钉4，锁紧螺钉4的另一端贯穿并延伸至支撑柱2的背面且与支撑板3的外表面螺纹套接，支撑柱2的内部开设有与锁紧螺钉4相适配的螺纹孔，锁紧螺钉4的一端延伸至螺纹孔的内部且与螺纹孔的内壁螺纹连接，支撑板3顶部的两侧均开设有套槽5，套槽5的内部固定安装有振弦式应变计6，振弦式应变计6的内部设有振弦应变传感器，振弦式应变计6的上表面与桥梁本体1的底部相接触，支撑柱2的外表面固定套装有固定板7，固定板7的两侧均固定安装有支撑杆8，支撑杆8的另一端固定安装有垫板9，垫板9的上表面与支撑板3的底部活动连接，通过两个锁紧螺钉4将支撑板3固定在支撑柱2的背面，便于支撑板3进行更换，有利于对套槽5内的振弦式应变计6进行检修，再通过固定板7、支撑杆8和垫板9的组合使用，有利于提高支撑板3的平衡稳定性，从而提高振弦式应变计6监测数据的准确性，避免振弦式应变计6意外脱落或损伤而影响正常监测；
桥梁应变监测传感系统包括有信号接收终端、实时数据采集器和工业控制计算机，信号接收终端的内部设有传感器信号放大器、振弦应变传感器、光纤光栅传感器和摄像监控装置，传感器信号放大器的输入端和输出端分别与振弦应变传感器、光纤光栅传感器和摄像监控装置的输出端与输入端电性连接，光纤光栅传感器的内部设有多芯光缆连接件，多芯光缆连接件的输出端电性连接有光纤熔接包，光纤熔接包的输出端信号连接有光纤终端台，光纤终端台的输出端信号连接有光纤光栅处理器，信号接收终端的输出端和输入端分别与实时数据采集器的输入端和输出端电性连接，实时数据采集器的输入端和输出端分别与工业控制计算机输出端和输入端电性连接，实时数据采集器的输出端电性连接有移动接入模块和数据网关，移动接入模块的输出端电性连接有数据转换模块，数据转换模块的输出端电性连接有监测应用服务器，监测应用服务器的输出端电性连接有结构试验数据库服务器，桥梁应变监测传感系统的内部设有交换机，交换机的输入端和输出端分别与监测应用服务器和结构试验数据库服务器的输出端和输入端电性连接，交换机的输出端信号连接有防火墙，数据网关的输出端信号连接有监测数据交换模块，监测数据交换模块的输出端电性连接有路由转换器，路由转换器的输出端与防火墙的输入端信号连接，通过信号接收终端对应变力数据的传输，便于实时数据采集器进行数据采集，利用移动接入模块与数据网关的共同作用，有利于对振弦应变传感器和光纤光栅传感器所监测的数据进行分类传输，便于实时监测，利用数据转换模块将频率信号转化为数字信号，再通过监测应用服务器和结构试验数据库服务器对数据进行存储和记忆，利用监测数据交换模块对光纤数据进行监测，有利于提高该装置对桥梁的监测效果。
一种桥梁应变监测传感装置的监测方法，监测方法如下：
第一步：振弦式应变计的安装
首先将固定板7焊接在支撑柱2的外表面，然后将支撑板3放置于两个垫板9的顶部，此时支撑板3的正面与支撑柱2的背面相接触，然后将锁紧螺钉4插入螺纹孔中，锁紧螺钉4的一端延伸至支撑柱2的背面且与支撑板3的螺纹套接，支撑板3得以稳固，然后将振弦式应变计6粘接在套槽5的内部，振弦式应变计6顶部的压力弦与桥梁本体1的底部相接触，安装完毕；
第二步：应变力的监测
通过工业控制计算机控制实时数据采集器对信号接收终端的传感数据进行采集，传感数据分为两部分，分别传输至移动接入模块和数据网关内，经由移动接入模块处理后的位移信息传递至监测应用服务器，监测应用服务器将位移信息传输至结构试验数据库服务器的内部进行存储，位移信息包括桥梁本体1的挠度、横向位移、纵向位移、水平位移以及混凝土裂纹的变化信息，多个振动节点、应力应变节点和位移节点信息被传递至监测应用服务器内，进行后续传输，交换机分别与监测应用服务器和结构试验数据库服务器进行数据交换，另一部分传感数据传递至数据网关进行集合，然后传输至监测数据交换模块，然后路由转换器根据实时网络拓扑变化，相互通信传递路由信息，利用收到的路由信息通过路由选择协议计算，更新路由表，路由转换器与防火墙进行数据交换，对该系统进行安全防护，信号接收终端内的传感器信号放大器将振弦应变传感器、光纤光栅传感器和摄像监控装置所传递的频率信号进行放大，再将其传输至实时数据采集器内，光纤光栅传感器依靠内部的光纤光栅处理器对机构的应变和温度变化进行数据处理，监测其反射波长，然后传递至数据网关。
振弦式应变计给出的是振动频率，需要转化为应力值，数据转换方法如下：
(1)应变量数据计算方法
uε＝△f/k，△f＝f02-f12
式中:uε为应变量
△f为实时测量的应变计输出值相对于基准值的变化量，单位为khz2；
k为振弦式应变计的率定系数；
f1为振弦式应变计的实时测量值；
f0为振弦式应变计的初始准值；
(2)压力值计算方法
pm＝uε/a
a为振弦式应变计每kn对应的应变量(uε)。
综上所述，该桥梁应变监测传感装置及其监测方法，通过两个锁紧螺钉4将支撑板3固定在支撑柱2的背面，便于支撑板3进行更换，有利于对套槽5内的振弦式应变计6进行检修，再通过固定板7、支撑杆8和垫板9的组合使用，有利于提高支撑板3的平衡稳定性，从而提高振弦式应变计6监测数据的准确性，避免振弦式应变计6意外脱落或损伤而影响正常监测；通过信号接收终端对应变力数据的传输，便于实时数据采集器进行数据采集，利用移动接入模块与数据网关的共同作用，有利于对振弦应变传感器和光纤光栅传感器所监测的数据进行分类传输，便于实时监测，利用数据转换模块将频率信号转化为数字信号，再通过监测应用服务器和结构试验数据库服务器对数据进行存储和记忆，利用监测数据交换模块对光纤数据进行监测，有利于提高该装置对桥梁的监测效果；解决了在桥梁底部粘接应变计时，由于粘接不够牢靠，应变计在水或其他因素的作用下，易发生损伤或从桥梁的底部脱落，监测方法过于单一，传感数据传输效率过低的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。