桥梁梁体偏位报警感知设备及包括该设备的安全监测应用平台的制作方法

本发明涉及桥梁安全监测领域，尤其涉及一种桥梁梁体偏位报警感知设备及包括该设备的安全监测应用平台。

背景技术：

1、桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件。它能将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠的传递给桥梁下部结构，使结构的实际受力情况与计算理论图式相符合，允许桥梁上部结构在一些客观因素作用下自由变形，保证梁端、墩台帽不受损伤。随着桥梁建设的飞速发展和荷载等级的不断提高，支座被广泛使用于桥梁中,与此同时也出现了支座使用、安装和耐久性问题，这些问题都是影响结构安全性和耐久性的重要因素，需要通过科学手段、方法加以监测、诊断、评价。

2、梁体偏位是桥梁结构常见病害和安全隐患点，在役中大型桥梁在伸缩缝固定死的情况下，受重荷载、温度等复合作用下，其主梁容易发生横向位移，进一步发展甚至会出现落梁的重大安全风险，这严重威胁着桥梁的运营安全性。因此需重点关注桥梁梁体偏位，对其进行长期监测，对超限情况进行实时报警。

3、常用梁体偏位报警解决方案是利用位移传感器配合数据采集设备，利用4g无线路由实现数据远程传输。但该系统模块多，功耗大，系统复杂，报警阈值单一，安装步骤繁琐，维护成本较高。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种桥梁梁体偏位报警感知设备及包括该设备的安全监测应用平台。

2、技术方案：一种桥梁梁体偏位报警感知设备，包括：

3、激光测距模块，用于测量桥墩-梁和/或盖梁-梁之间的横向相对位移；优选的，所述激光测距模块内部集成spad阵列和第二代flightsense；优选安装在桥墩位置或安装在盖梁侧面位置；

4、微处理器，和激光测距模块电性连接，接收激光测距模块采集的横向相对位移，当横向相对位移超过安全阈值时，通过通讯模块远程输出报警信号；优选的，所述通讯模块采用窄带物联网通讯；

5、电源模块，用于设备供电；

6、所述横向相对位移的计算过程如下：

7、所述激光测距模块正前方设有激光目标点，激光测距模块向激光目标点发出激光信号，激光信号往返的时间t为：

8、

9、其中，c是真空状态下光速，x是激光发射处和激光目标点之间的距离；

10、调制波频率为f，发射到接收的相位差为则有：

11、

12、其中，n代表完整的周期个数，为余相位；

13、则有：

14、

15、其中l＝c/2f，l为光测尺，表示一个周期内激光所走的路程；

16、有：

17、x＝l(n+δn)

18、其中完整的周期个数n未知且和测量结果无关；

19、根据激光测距模块测得的余相位确定δn；

20、分别采用粗尺l10cm和精尺l1mm，计算t1和t2时刻下粗尺l10cm对应的粗略横向相对位移δx1和精尺l1mm对应的精细横向相对位移δx2，其中：

21、δx1＝|l10cm(n+δnt1)-l10cm(n+δnt2)|，l10cm＝10cm；

22、δx2＝|l1mm(n+δnt1)-l1mm(n+δnt2)|，l1mm＝1mm；

23、将δx1+δx2作为准确的横向相对位移。

24、具体的，所述通讯模块将设备基本信息远程输出，所述设备基本信息包括设备唯一识别码、设备类型、设备通讯信号质量、设备剩余电量、数据采集时间。

25、进一步的，采用多级安全阈值进行不同程度的报警，其中一级报警为最不利工况下的作用效应频遇组合，二级报警为达到0.8倍的设计限值，三级报警为达到设计值或一天内出现10次以上二级报警。

26、进一步的，还包括移动端，所述移动端和微处理器通讯连接。

27、一种安全监测应用平台，包括所述桥梁梁体偏位报警感知设备，所述安全监测应用平台接收桥墩-梁和/或盖梁-梁之间的横向相对位移和报警信号。

28、进一步的，所述安全监测应用平台根据接收的桥墩-梁和/或盖梁-梁之间的横向相对位移和报警信号，向微处理器发送指令信号，通过微处理器调整激光测距模块对梁体偏位数据的采集变频。所述安全监测应用平台还包括车船撞感知设备、应力/应变及温度传感器、裂缝观测设备、动挠度检测设备中的至少一种。

29、有益效果

30、与现有技术相比，本发明具有如下显著进步：

31、1、传统梁体偏位监测设备复杂繁琐，携带安装困难，本发明的设备高度集成、结构紧凑，携带安装便捷。设备采用大容量内置锂电池和低功耗电源管理技术，使用寿命长且便于更换，减少维护难度，节省维护成本，满足桥梁健康监测梁体偏位的长期监测需求。

32、2、传统梁体偏位监测设备/系统功能单一，尤其存在测量精度低、报警阈值单一的问题；本发明通过选用合适的粗尺与精尺算得不同精度条件下梁体偏位值，测量准确；采用多级阈值设定模式，实现不同程度的报警并根据报警情况对监测数据采用变频采集，可适配复杂场景。

33、3、设备采用休眠-唤醒工作机制，平时处于休眠状态，定时测量梁体偏位数据，当梁体偏位数据超出安全阈值后实时激活设备，传递报警信息至后台，并加快采集频率，可实现数据自动化采集传输和数据变频采集，既保证了设备能耗，同时具备较高的灵敏度。

技术特征：

1.一种桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，所述通讯模块采用窄带物联网通讯。

3.根据权利要求1所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，所述通讯模块将设备基本信息远程输出，所述设备基本信息包括设备唯一识别码、设备类型、设备通讯信号质量、设备剩余电量、数据采集时间。

4.根据权利要求1所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，所述激光测距模块内部集成spad阵列和第二代flightsense。

5.根据权利要求1所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，采用多级安全阈值进行不同程度的报警，其中一级报警为最不利工况下的作用效应频遇组合，二级报警为达到0.8倍的设计限值，三级报警为达到设计值或一天内出现10次以上二级报警。

6.根据权利要求1所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，还包括移动端，所述移动端和微处理器通讯连接。

7.根据权利要求1所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，其特征在于，所述激光测距模块安装在桥墩位置，或安装在盖梁侧面位置。

8.一种安全监测应用平台，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的桥梁梁体偏位报警感知设备，所述安全监测应用平台接收桥墩-梁和/或盖梁-梁之间的横向相对位移和报警信号。

9.根据权利要求8所述的安全监测应用平台，其特征在于，所述安全监测应用平台和微处理器通讯连接，根据接收的桥墩-梁和/或盖梁-梁之间的横向相对位移和报警信号，向微处理器发送指令信号，通过微处理器调整激光测距模块对梁体偏位数据的采集变频。

10.根据权利要求8所述的安全监测应用平台，其特征在于，还包括车船撞感知设备、应力/应变及温度传感器、裂缝观测设备、动挠度检测设备中的至少一种。

技术总结
本发明公开了一种桥梁梁体偏位报警感知设备及包含该设备的安全监测应用平台，设备包括激光测距模块、微处理器、通讯模块和电源模块；激光测距模块用于测量桥墩‑梁和/或盖梁‑梁之间的横向相对位移；微处理器和激光测距模块电性连接，接收激光测距模块采集的横向相对位移，当相对位移超过安全阈值时，通过通讯模块远程输出报警信号；安全监测应用平台接收桥墩‑梁和/或盖梁‑梁之间的横向相对位移和报警信号，并能够触发设备的激光测距模块采集数据，设定设备的数据采集频率、梁体偏位安全阈值。本发明的设备能耗小、灵敏度高，能够定时监测桥梁梁体偏位情况，通过阈值比较及时发出报警信息，实现了梁体偏位数据的自动化采集传输和变频采集。

技术研发人员：徐一超,赵亮,承宇,陈军浩,张宇峰
受保护的技术使用者：苏交科集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13