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专利名称：桥梁挠度光电自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于桥梁技术领域，具体涉及一种桥梁挠度光电自动测量装置。
背景技术：
挠度监测是桥梁状态监测的一个重要内容，而连通管法是现有的挠度人工观测的主要方法之一，它是在桥梁上铺设水管，在需要被观测的点安装一竖直连通管，管内装液体，各连通管通过水管相通、从而使它们的液面保持在同一水平面，以岸基处的连通管的液位作为各点测量的基准，当桥梁梁体发生变形时，固定在梁体上的水管随之移动，此时各连通管内的液面基本维持不变，但各竖直水管的相对液面却发生了移动，读出连通管内液位的相对位移量，即可获得各被测量点的挠度变化值。该方法测量精度可以满足要求，但由于采用人工读数，对操作人员的责任心要求高，且费时费力，只能适用于桥梁的短期静态挠度观测，有时还受到测量环境如天气、温度的影响。而桥梁技术的发展，对桥梁挠度的监测提出了自动、长期、动态的要求。对连通管法而言，这就要求将液位的人工观测改为自动监测。
直接采用现成的超声液位计与连通管相结合，是实现的上述自动监测的方法之一。该方法通过超声液位计来自动测量连通管内的液位变化，实现桥梁挠度自动、长期、动态监测的要求。但是超声波在不同的温度下在同一介质中的传播速度是不同的，而且液体容易在温度升高时形成蒸汽，也会改变其传播速度，这样利用超声波来进行液位测量精度不高，仅为厘米级，达不到测量要求，且相对价格较高。

发明内容
本实用新型针对现有桥梁挠度测量手段存在的诸多缺点，尤其是针对连通管式超声挠度监测装置存在的以上不足，提供一种桥梁挠度光电自动测量装置，实现对桥梁挠度的多点、实时、长期、远程、高精度、自动监测，且达到价格低、实施简单的要求。
本实用新型采用以下技术方案桥梁挠度光电自动测量装置，它具有沿桥梁梁体纵向铺设的水平管，在水平管上间隔适当距离连接竖直连通管，且与水平管连通，各相互连通的竖直连通管内液面保持在同一水平面。各竖直连通管处分别装有一套光电液位计，光电液位计设置在竖直连通管的液面以上位置，由对液面发出光束的激光器、接收液面发射光束的光电探测器、数字处理电路、信号的通信接口组成。各个光电液位计的数据信号通过同一信号线，以总线的方式连接到外部电脑上，构成桥梁挠度自动测量网络。
激光器与光电探测器同处于液面上方，激光器发出的准直激光束直接照射到液面上，且通过液面反射，光电探测器接收由液面或浮子面反射的激光器束，反映液位即该点挠度。
为了增强信号的信噪比，还可以在竖直连通管内放入浮子。
光电探测器可采用光电二极管列阵、CMOS、CCD或者PSD等器件。
数字处理电路可以有多种选择，如单片机、现场可编程逻辑电路、DSP等数字信号处理电路，都可以完成信号的现场处理。
而信号的通信也可采用RS-485、CAN、RS-232、USB等接口，以总线方式与一台电脑构成现场监测网络。
采用本专利的结构，当激光器发出的光束照射到液面时，经液面反射的光束随着液面的升降而变化。由于激光器与光电探测器之间的相互空间位置保持恒定，就可以由光电探测器接收到的光束位置的变化量，得出液位(即桥梁在该点处的挠度)变化，从而通过数字信号处理器，实时、高精度地计算出具体的挠度变化值，并以总线方式传送到电脑处，实现对桥梁挠度的多点、实时、长期、远程、高精度、自动监测。
本实用新型的优点是1、采用反射成像原理形成本系统，结构紧凑、信噪比高、信号处理简单。
2、光电探测器的输出结果是数字量，精度高、抗干扰性能好、稳定可靠。
3、数字处理芯片的测量速度快，能实现挠度的动态监测。
4、装置的总线结构，便于自动采集各点挠度信号、并进行数据的集中处理，能实现对桥梁挠度的自动、长期、动态监测。
5、价格相对较便宜。
本实用新型还可以用于大坝、堤防、建筑等相关建筑物的垂向变形自动监测。


图1是本实用新型的总体结构示意图；图2是本实用新型连通管与光电液位计结合的结构示意图；图3是本实用新型的光电液位计电路原理图。
具体实施方式
参见图1，本桥梁挠度光电自动测量装置具有沿桥梁梁体纵向铺设的水平管1，在水平管上间隔适当距离通过三通管2连接竖直连通管3，与水平管1连通，内装液体，各相互连通的竖直连通管3内液面保持在同一水平面。各竖直连通管3分别装配有一套光电液位计4，各光电液位计4通过电源线5连接外部电源，信号处理器在总线6的控制下，自动对光电探测器的输出进行采集、处理、计算，并将计算结果通过总线传输到中央数据处理装置7进行后续处理与记录。
参见图2，光电液位计4由半导体激光器13、光电二极管列阵10、数字处理电路11、信号的通信接口等组成，固定于装有液体15的竖直连通管3的液面以上适当位置。结合光电液位计的电路原理图图3可见，半导体激光器13、光电二极管列阵10和数字处理电路11由电源12提供电能，半导体激光器13发出的光束通过透镜14压缩、准直后照射到液面上的浮子8上，经反射后，由透镜9将其成像到光电二极管列阵10上，光电二极管列阵10的输出信号接入数字信号处理器11，数字信号处理器11由放大器16、模/数转换器17、中心数字处理器18和输出接口19组成，信号经放大器16放大后，接入模/数转换器17转换成数字信号，然后接入中心数字处理器18进行计算，经处理计算后接入输出接口19，通过通信接口将计算结果发送到总线6上去，传输到中央数据处理装置7进行后续处理与记录，参见图1。
权利要求1.桥梁挠度光电自动测量装置，具有沿桥梁梁体纵向铺设的水平管，在水平管上间隔适当距离连接竖直连通管，且与水平管连通，各相互连通的竖直连通管内液面保持同一水平面，其特征在于各竖直连通管处分别装有一套光电液位计，光电液位计设置在竖直连通管的液面以上，由对液面发出光束的激光器、接收液面反射光束的光电探测器、数字处理电路、信号的输出接口组成，各个光电液位计的数据信号通过同一信号线，以总线的方式连接到外部电脑上，构成桥梁挠度自动测量网络。
2.根据权利要求1所述的桥梁挠度光电自动测量装置，其特征在于激光器与光电探测器同处于液面上方，激光器发出的准直激光束直接照射到液面上，且通过液面反射，光电探测器接收由液面或浮子面反射的激光器束，反映液位即该点挠度。
3.根据权利要求1或2所述的桥梁挠度光电自动测量装置，其特征在于竖直连通管内可以设有浮子，并以浮子作为反射面。
4.根据权利要求1或2所述的桥梁挠度光电自动测量装置，其特征在于可采用光电二极管列阵、CMOS、CCD或者PSD等器件作为光电探测器。
5.根据权利要求1或2所述的桥梁挠度光电自动测量装置，其特征在于光电探测器的输出信号由数字处理电路处理，数字处理电路可以采用单片机、现场可编程逻辑电路或DSP等数字信号处理电路。
6.根据权利要求1或2所述的桥梁挠度光电自动测量装置，其特征在于各个光电液位计的数据信号，可通过RS-485、CAN、RS-232、USB接口，以总线方式与一台电脑构成现场监测网络。
专利摘要桥梁挠度光电自动测量装置，它具有沿桥梁梁体纵向铺设的水平管，在水平管上间隔适当距离连接竖直连通管，且与水平管连通，各相互连通的竖直连通管内液面保持在同一水平面。各竖直连通管处分别装有一套光电液位计，光电液位计设置在竖直连通管的液面以上，由对液面发出光束的激光器、接收液面反射光束的光电探测器、数字处理电路、信号的通信接口组成，各个光电液位计的数据信号通过同一信号线，以总线的方式连接到外部电脑上，构成桥梁挠度自动测量网络。本装置能实现对桥梁挠度的多点、实时、长期、远程、高精度、自动监测，价格相对较低，实施简单。
文档编号G01B11/16GK2748868SQ200420013598
公开日2005年12月28日 申请日期2004年12月30日 优先权日2003年12月31日
发明者陈伟民 申请人:重庆大学