一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测装置及方法与流程

本发明涉及工程测量技术领域，特别涉及一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测装置及方法。

背景技术：

随着我国经济水平的快速发展,桥梁工程在我国得到大量应用，目前我国已建桥梁超过80万座。桥梁对国民经济具有重要影响，一旦出现安全事故将会引起重大的社会影响和经济损失，为此桥梁结构的安全性问题得到重视。桥梁伸缩缝位移是评判桥梁安全性的重要参数之一，历来备受瞩目。目前监测桥梁伸缩缝位移大多采用拉线式位移计，但拉线式位移计只能监测伸缩缝在桥梁纵向(行车方向)的相对位移，而对桥梁横向位移无法监测。实际上，在行车荷载、风荷载、地震等荷载作用下桥梁会发生一定的横向位移，而横向位移过大会导致桥面倾覆等严重的安全事故。

专利申请文件(zl201910227191.8)公开了一种超高层建筑层间位移角的监测装置，包括设置在上层梁板上的激光发射器、设置在本层梁板上的定位电路板；所述定位电路板上设置有若干激光接收头所述激光接收头与检测其坐标的位置检测装置连接。通过设置在上层梁板激光发射器发射的激光束打在定位电路板上的其中激光接收头，位置检测装置通过与激光接收头连接，判断被激光束打中的激光接收头的坐标位置；并进一步通过技术激光束的位置变化，计算出建筑是水平方向和竖直方向上的层间位移角，克服现有技术中等效测量引起的测量误差。

在上述专利申请文件中，由于激光接收头本身的大小一定，多个激光接收头之间势必存在间隙，当激光打在间隙内，将难以精确定位激光(激光束)位置；再者，激光接收头属于敏感器件，若激光出现散光，将导致多个激光接收头都同时接收到激光信号，也难以精准定位激光位置。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测装置，其能够通过激光发射器自动测量桥梁伸缩缝的横向变形量，且激光定位精准，自动化程度高。

本发明的目的之二是提供一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测方法，其能够通过激光发射器自动测量桥梁伸缩缝的横向变形量，且激光定位精准，自动化程度高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测装置，包括：

定位板，固设于待测伸缩缝其中一侧的第一桥面板上，所述定位板上设有网格标识线；

激光发射器，固设于所述待测伸缩缝另一侧的第二桥面板上，所述激光发射器出射的激光打在所述定位板上；

图像采集设备，固设于所述第二桥面板上，用于实时采集激光束落在所述定位板上的位置图像信息，所述图像采集设备的视场与所述定位板平行；

单片机，设于所述第二桥面板上，与所述图像采集设备连接，以获取所述位置图像信息；

监测上位机，与所述单片机连接，用于接收所述位置图像信息，并根据所述位置图像信息分析激光束的相对位置变化，实现伸缩缝横向变形监测。

进一步的，还包括连接于所述单片机与所述监测上位机之间的无线传输模块，所述单片机用于通过所述无线传输模块将所述位置图像信息传输至所述监测上位机。

进一步的，还包括电路板，所述图像采集设备为微型照相机；

所述激光发射器、微型照相机、单片机及无线传输模块均集成设置在所述电路板上，所述电路板固设于所述第二桥面板上。

进一步的，所述电路板上设有若干第一凹槽，所述激光发射器和微型照相机分别可拆卸地嵌设于所述第一凹槽内。

进一步的，所述第二桥面板的上设有第二凹槽，所述电路板可拆卸地嵌设于所述第二凹槽内。

进一步的，所述第一凹槽的深度为8～12mm，第二凹槽的深度均为8～10mm。

进一步的，所述电路板的周围设有可拆卸的第一围挡，所述第一围挡朝向桥墩的一侧开口。

进一步的，所述定位板的周围设有可拆卸的第二围挡，所述第二围挡朝向桥墩的一侧开口。

本发明还公开了一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测方法，使用上述的监测装置，包括如下步骤：

s1：分别在第一桥面板上安装定位板，第二桥面板上设置激光发射器和图像采集设备，并使所述图像采集设备的视场与所述定位板平行；

s2：图像采集设备实时采集激光束落在所述定位板上的位置图像信息，并将所述位置图像信息通过单片机传输出去；

s3：所述监测上位机接收所述位置图像信息并根据所述位置图像信息计算激光束在顶板板上的坐标值，以根据坐标值变化实时监测伸缩缝的变化情况。

进一步的，所述监测上位机通过无线传输模块接收所述单片机发送的位置图像信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的监测装置及监测方法，通过将激光发射器和定位板分设于伸缩缝两侧的桥面板上，并利用图像采集设备面向定位板实时采集激光束在定位板上的位置图像信息，而后利用单片机将位置图像信息传输给监测上位机进行图像识别分析以获得激光束在定位板上的位置变化，通过比较激光束前后位置变化即可实时监测伸缩缝的变化情况。本发明的监测装置能够对伸缩缝的变化实时自动监测，自动化程度高，方便使用操作；同时该监测装置通过图像采集设备实时精准的获取激光束的位置图像信息，通过具有图像识别分析功能的监测上位机能够准确的获知激光束的位置，提高激光束位置定位的准确性，进而提高了监测装置的精确度。

附图说明

现结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的i--i剖视图。

图3是电路板的放大图。

图4是图1的ii--ii剖视图。

图5是定位板的放大图。

标记说明：

1、桥墩，2、第一桥面板，3、第二桥面板，4、定位板，41、网格标识线；5、电路板，6、激光发射器，7、微型照相机，8、无线传输模块，9、单片机，10、监测上位机；11、第一围挡，12、第二围挡，13、螺栓连接组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～5所示，本发明提供了一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测装置，包括：

定位板4，固设于待测伸缩缝其中一侧的第一桥面板2上，定位板4上设有网格标识线41；

激光发射器6，固设于待测伸缩缝另一侧的第二桥面板3上，激光发射器6出射的激光打在定位板4上；

图像采集设备，固设于第二桥面板3上，用于实时采集激光束落在定位板4上的位置图像信息，图像采集设备的视场与定位板4平行；

单片机9，设于第二桥面板3上，与图像采集设备分别连接,以获取所述位置图像信息；

监测上位机10，与单片机9连接，用于接收位置图像信息，并根据位置图像信息分析激光束的相对位置变化，监测上位机10与单片机9连接，实现伸缩缝横向变形监测。

本发明的监测装置，通过将激光发射器6和定位板4分设于伸缩缝两侧的桥面板上，并利用图像采集设备面向定位板4实时采集激光束在定位板4上的位置图像信息，而后利用单片机9将位置图像信息传输给监测上位机10进行图像识别分析以获得激光束在定位板4上的位置变化，通过比较激光束前后位置变化即可实时监测伸缩缝的变化情况。本发明的监测装置能够对伸缩缝的变化实时自动监测，自动化程度高，方便使用操作；同时该监测装置通过图像采集设备实时精准的获取激光束的位置图像信息，通过具有图像识别分析功能的监测上位机10能够准确的获知激光束的位置，提高激光束位置定位的准确性，进而提高了监测装置的精确度。

具体的，第一桥面板2和第二桥面板3放置在桥墩1上。

网格标识线41在定位板4上划分出若干小方格，使得可同时满足对伸缩缝x轴和y轴两个方向上变形的测量。并可调整定位板4接收面上小方格的大小来调整监测装置的精确度，一般的，网格标识线41的越密集，即小方格越小测量精度越高。

作为一种实施例，如图1～5所示，还包括连接于单片机9与监测上位机10之间的无线传输模块8，单片机9用于通过无线传输模块8将位置图像信息传输至监测上位机10。利用无线传输模块8进行位置图像信息的传输，便于远程数据传输。

在上述实施例中，如图1～5所示，还包括电路板5，图像采集设备为微型照相机7；

激光发射器6、微型照相机7、单片机9及无线传输模块8均集成设置在电路板5上，电路板5固设于第二桥面板3上。

其中，电路板5上设有若干第一凹槽，激光发射器6和微型照相机7分别可拆卸地嵌设于第一凹槽内。在一具体实施例中，第一凹槽设有2个，分别用于安放激光发射器6和微型照相机7。第一凹槽的深度在8～12mm。为了方便更换激光发射器6和微型照相机7的锂电池，二者分别与电路板5可拆卸连接。

第二桥面板3的上开设有第二凹槽，电路板5可拆卸地嵌设于第二凹槽内。该第二凹槽的深度均为8～10mm。

同样的，第一桥面板2上也开设有第三凹槽，定位板4可拆卸地嵌设于第三凹槽内。

在上述实施例中，如图1～3所示，电路板5的周围设有可拆卸的第一围挡11，第一围挡11朝向桥墩1的一侧开口。第一围挡11通过螺栓连接组件13固设在第二桥面板3上。

定位板4的周围设有可拆卸的第二围挡12，第二围挡12朝向桥墩1的一侧开口。第一围挡11和第二围挡12分别通过螺栓连接组件13固设于伸缩缝两侧的桥面板上。可在日常使用中起到防水保护的作用。在一具体实施例中，第一围挡11和第二围挡12均采用金属材料制成。

本发明还公开了一种用于桥梁伸缩缝横向变形的监测方法，其使用权利上述的监测装置，包括如下步骤：

s1：分别在第一桥面板2上安装定位板4，第二桥面板3上设置激光发射器6和图像采集设备，并使图像采集设备的视场与定位板4平行；

s2：图像采集设备实时采集激光束落在定位板4上的位置图像信息，并将位置图像信息通过单片机9传输出去；

s3：监测上位机10接收位置图像信息并根据位置图像信息计算激光束在顶板板上的坐标值，以根据坐标值变化实时监测伸缩缝的变化情况。

其中，监测上位机10通过无线传输模块8接收单片机9发送的位置图像信息。本发明的监测方法，通过将激光发射器6和定位板4分设于伸缩缝两侧的桥面板上，并利用图像采集设备面向定位板4实时采集激光束在定位板4上的位置图像信息，而后利用单片机9将位置图像信息传输给监测上位机10进行图像识别分析以获得激光束在定位板4上的位置变化，通过比较激光束前后位置变化即可实时监测伸缩缝的变化情况。本发明的监测装置能够对伸缩缝的变化实时自动监测，自动化程度高，方便使用操作；同时该监测装置通过图像采集设备实时精准的获取激光束的位置图像信息，通过具有图像识别分析功能的监测上位机10能够准确的获知激光束的位置，提高激光束位置定位的准确性，进而提高了监测装置的精确度。

实施例1

如图1～5所示，本发明的监测装置包括定位板4、电路板5、监测上位机10、第一围挡11和第二围挡12。其中定位板4和电路板5分别设置在伸缩缝两侧的桥面板上，且两侧的桥面板均放置在桥墩11上。

两侧的桥面板上分别预留有凹槽，该凹槽的深度适当，在8～10mm。电路板5通过螺栓连接组件13可拆卸地嵌设在凹槽内，其中螺栓连接组件13与桥面板的连接深度适当，约为8～10mm。

电路板5上设有激光发射器6、微型照相机7、单片机9、无线传输模块8，电路板5和桥面板通过螺栓连接组件13连接，其中电路板5和桥面板连接深度适当，约为8～10mm；

电路板5开有两个第一凹槽，深度适当，约为8～12mm，激光发射器66和微型照相机77分别固设在第一凹槽内。为了方便更换激光发射器6和微型照相机7的锂电池，二者与电路板5的连接均可自由拆卸。为起到防水同时保护电路板5和定位板4免遭毁坏，在电路板5和定位板4的外周加设金属围挡。

上述监测装置的安装及监测方法如下：

在待测伸缩缝两侧的桥面板预留凹槽，深度适当，约为8～10mm。

在伸缩缝一侧桥面板的预留凹槽内放置电路板5，通过螺栓连接组件13连接；在电路板53的凹槽内固定激光发射器6和微型照相机7，并将微型照相机77和单片机9引脚相连，单片机9和无线传输连接。

将伸缩缝另一侧的桥面板与定位板4通过螺栓连接组件13连接，其安装连接深度适当，约为8～10mm。为保证定位板4能够顺利接收激光发射器6的激光束，激光发射器6和定位板4的中轴线处于同一水平位置。

为防水和保护电路板5和定位板4免遭毁坏，通过其外周加装金属围挡进行防护。

初始状态激光发射器6的激光束打在在定位板4之上，通过微型照相机7进行拍照记录；微型照相机7将照片传给单片机9模块，通过无线传输模块8将图片发送给监测上位机10。在监测上位机10中运行图像识别技术的程序，对激光发射器6的激光束在定位板4的初始位置进行标定，记为x1、y1。

在外荷载作用下，桥梁伸缩缝横向产生变形，激光发射器6的激光束在定位板4中发生变化，通过微型照相机7进行拍照记录；微型照相机77将照片传给单片机9模块，通过无线传输模块8将图片发送给监测上位机10。在监测上位机10中运行图像识别的程序，对激光发射器6的激光束在定位板4的位置进行标定，记为x2、y2。

待监测上位机10对监测数据进行处理分析后，可得到桥梁伸缩缝横向两个方向x和y的位移dx和dy。具体如下：

dx＝∣x2-x1∣；dy＝∣y2-y1∣

测量精度与定位板44的矩形划分数量有关，划分矩形越小测量精度越高。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。