靶包括支撑 臂、反射板，反射板朝向激光测距仪用于反射激光。远程监控模块发出命令后，η个激光测 距仪同时向反射标靶照射，通信模块连接激光测距仪、倾角监测器和远程监控模块。
[0064] 本实施例中选择激光测距仪的频率为100Hz，系统采样频率设置为100Hz，即μ = 0.01秒，V = 1//μ = 100Hz。选择的桥梁检测点为3个，所需激光测距仪3个，反射标靶i 个。激光测距仪精度为0. 1mm，检测系统的精度要求小于0. 2mm。
[0065] 针对上述条件，本挠度检测系统的检测过程如下：
[0066] 步骤1 :选定桥梁上要检测挠度的位置，在相应的位置的梁下安装3个激光测距 仅，女装角度分别为α 1= 30 ，α 2= 45 ，α 3= 50 ；
[0067] 步骤2:在桥墩处安装反射标靶，并调整反射板与竖直方向的角度β，且 0° <β〈90°，使其满足精度要求，计算方法如下：
[0068] 已知激光测距仪的精度为0.1 (mm)，则若使检测精度兰0. 2mm，需满足
[0070] 化简后可得：
[0072] 其中β = 1，2···，η)为对于激光测距仪i，达到最低检测精度δ时β的最小 值。
[0073] 把 a i代入（式 13)，计算得 β != 23. 794。，β 2= 73. 675。，β 3= 79. 440。
[0074] 为保证整个系统达到最低检测精度0. 2mm，反射板的安装角度β须满足以下关系 式：
[0075] β 多 max { β β 2，β 3} = 79. 440。式（14)
[0076] 调整反射板与竖直方向的夹角β，使其满足（式14)，便可以保证本系统的检测精 度达到要求的检测精度0. 2mm，在本例中，取β =80°。
[0077] 步骤3 :设备安装完毕，现在初始化系统。即在桥梁不受附加载荷时，打开激光测 距仪，测得桥梁不受附加载荷时激光测距仪的距离L1，以后L 1无需再测；
[0078] 步骤4 :远程打开激光测距仪，分别得到3个激光测距仪所测距离L21 (i = 1，2, 3)。 在此仅以其中第一个激光测距仪（i = 1)为例，参考图3,可用以下方法计算获得桥梁此位 置的挠度X :
[0079] 获得当前时刻激光测距仪所测距离L2和初始位置激光测距仪所测距离L i之差
[0080] LL1=LfL2l 式（15)
[0081] 计算在激光照射的方向上激光测距仪的位移
[0082] (I1= 5^(^0830。式（16)
[0083] 则有
[0084] L ' i= y {0830。-LL1 式（17)
[0085] 在 Rt Δ ABC 中
[0086] Iii1= L ; itanllO。式（18)
[0087] 在 Rt Δ DEF 中
[0088] Iiii= Yi sin30。式（19)
[0089] 则有
[0090] Y1Sin O1=Lr ^anllO0 式（20)
[0091] 结合（式3)
[0092] Y1SinSO0 = (Y1CosSO0 -LL^tanllO0 式（21)
[0093] 即可得此时刻相对于初始时刻桥梁的变形位移
[0095] 其中，第一个桥梁检测点的挠度，LL i为当前时刻和初始时刻第1个激光测距 仪所测距离之差。
[0096] 参照（式22)，已知激光测距仪的精度Θ = 〇. 1mm，则整个检测系统的精度δ = 0. 1/0. 9542 = 0. 1048mm，符合精度小于0. 2mm的要求。
[0097] 步骤5 :在一段测量范围内，3个激光测距仪均以时间间隔0.01(秒）重复步骤4， 即以频率V = 1/0. 01 = IOOHz连续测量3个激光测距仪至反射板的距离，然后按照步骤4 所列算法计算，即可推算出此时间段内桥梁3个位置的相对于初始时刻（桥梁不受附加载 荷时）动态挠度，检测频率为100Hz。
[0098] 步骤6 :数据的处理与显示，如图4所示，以桥梁其中一个端点为坐标原点0,以沿 桥梁纵向方向为X轴，以垂直于桥面向下方向为Y轴，输入检测点的横坐标X 1Q = 1，2,…， η)，以及实时测得的挠度值yi (i = 1，2,3)。将整合的坐标数据拟合为挠度曲线，给定挠度 上限，可对挠度曲线上超过挠度上限的测量点进行警示。
【主权项】
1. 一种非接触式多点高频动态桥梁挠度检测方法，其特征在于：该方法包括以下步 骤： 步骤1 :选定桥梁上要检测挠度的位置，在相应的位置的梁下安装η个激光测距仪，激 光测距仪与竖直方向的夹角为ai，且〇°<α'90°，i为激光测距仪的编号，i= 1，2···， η； 步骤2 :在桥墩处安装反射标靶，并调整反射标靶与竖直方向的角度β，且 0° <β〈90°，使整个测量方法带来的检测精度达到要求的精度δ 步骤3 :设备安装完毕，初始化系统，即在桥梁不受附加载荷时，打开激光测距仪，测得 桥梁不受附加载荷时激光测距仪的距离L1; 步骤4 :打开激光测距仪，分别得到第η个激光测距仪所测距离L2l，计算每个激光测距 仪对应的桥梁位置处的挠度y1: 步骤5:在一段测量范围内，η个激光测距仪均以时间间隔μ秒重复步骤4,即以频率ν=l/μ连续测量η个激光测距仪至反射标靶的距离，按照步骤4的方法计算出该时间段 内桥梁η个位置相对于桥梁不受附加载荷时的初始时刻的动态挠度； 步骤6 :以桥梁其中一个端点为坐标原点0,以沿桥梁纵向方向为X轴，以垂直于桥面向 下方向为Υ轴，输入检测点的横坐标Xl，以及实时测得的挠度值yi，将整合的坐标数据拟合 为挠度曲线。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中，所述的检测精度达到要求的精度 δmm的计算方法如下： 已知激光测距仪的精度0mm，则若使系统检测精度5δmm，需满足： 当αι+?3 90°时，按如下方法计算精度：当α90。时，有δ=Θ/cosα; 式（2-2) 其中：β= 1，2···，n)为对于第i个激光测距仪，达到最低检测精度δ时β的最 小值； 反射标靶的安装角度β须满足以下关系式：β彡max{β!，β2, · ··，βη} 式（3) 〇3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中，每个激光测距仪对应的桥梁位置 处的挠度yi计算方法为： 当αι+β90°时，按如下方法计算挠度：当αi+βi= 90° 时，有y; =LLi/cosα; 式（11-2) 其中： Q为在桥梁不受附加载荷时激光测距仪所测的反射标靶的距离； L2l为当前时刻第i个激光测距仪所测的反射标靶的距离； ΙΑ为当前时刻和初始时刻第i个激光测距仪所测距离之差； Li'为第i个激光测距仪初始位置时在反射标靶上的照射点在当前时刻激光测距仪照 射方向上的投影的偏移量； 山为当前时刻和初始时刻第i个激光测距仪随桥梁变形而引起的位移； 1?为当前时刻和初始时刻在垂直于激光照射的方向上第i个激光测距仪的位移；yi为第i个检测点桥梁的变形位移； ai为第i个激光测距仪与竖直方向的夹角； β为反射标靶的反射板与竖直方向的夹角。
【专利摘要】本发明提供了一种非接触式多点高频动态桥梁挠度检测方法，在梁下安装n个激光测距仪，在桥墩处安装反射标靶，在桥梁不受附加载荷时，打开激光测距仪，测得桥梁不受附加载荷时激光测距仪的距离L1，计算每个激光测距仪对应的桥梁位置处的挠度yi：在一段测量范围内，n个激光测距仪均以时间间隔μ秒重复，以桥梁其中一个端点为坐标原点O，以沿桥梁纵向方向为X轴，以垂直于桥面向下方向为Y轴，输入检测点的横坐标xi，以及实时测得的挠度值yi，将整合的坐标数据拟合为挠度曲线。可实现非接触式测量，与传统的人工使用千分表检测相比，可以远距离操纵，并可实现自动化，测量更方便。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN105300304
【申请号】CN201510701029
【发明人】韩毅, 薛诺诺, 冯彬, 杨燕雨, 王文宇
【申请人】长安大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月26日