探討激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用

劉路

摘? 要：橋梁撓度作為判定橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的重要依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行定期檢測(cè)是非常重要的。激光投射式位移傳感技術(shù)是目前橋梁撓度檢測(cè)中應(yīng)用十分廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，不僅操作方便，而且測(cè)量速度快，對(duì)橋梁整體質(zhì)量的控制具有重要意義。

關(guān)鍵詞：傳感技術(shù);橋梁撓度;測(cè)量精度;橋梁建設(shè)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：U446??? ????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? ????????????文章編號(hào)：2095-6835（2014）23-0060-02

橋梁撓度檢測(cè)的目的主要是為了檢驗(yàn)橋梁的工作性能和施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。近年來，隨著我國(guó)橋梁建設(shè)數(shù)量的不斷增加，如何快速、準(zhǔn)確地對(duì)橋梁撓度進(jìn)行檢測(cè)也成為了橋梁建設(shè)部門所面臨的一項(xiàng)重大課題。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法不僅操作復(fù)雜，而且測(cè)量速度較慢，測(cè)量精度也無法得到有效保證。鑒于此，本文介紹了激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用，以期為日后的橋梁撓度檢測(cè)提供一定的技術(shù)支持，確保橋梁建設(shè)質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

1? 激光投射式位移傳感技術(shù)概述

1.1? 工作原理

目前，激光投射式位移傳感技術(shù)已經(jīng)成為橋梁撓度檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，其工作原理為：在橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生撓度的位置設(shè)置一個(gè)被測(cè)點(diǎn)，利用常規(guī)的檢測(cè)方法測(cè)出該點(diǎn)的初始坐標(biāo)，并利用光學(xué)成像鏡頭將該點(diǎn)的圖像信息發(fā)送到圖像傳感器上;然后將采集到的圖像信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，用相應(yīng)的分析處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理;最后利用數(shù)字圖像處理技術(shù)計(jì)算被測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，通過比較得出該點(diǎn)的位移變化。

1.2? 應(yīng)用過程中存在的問題

就目前激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用效果來看，其不僅操作簡(jiǎn)便、測(cè)量速度快，而且后期的維護(hù)成本也比較低。此外，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，該技術(shù)的測(cè)量精度也非常高，可達(dá)到0.1 mm，因此，深受橋梁建設(shè)部門的青睞。然而，隨著橋梁結(jié)構(gòu)的不斷變化以及相關(guān)部門對(duì)橋梁撓度檢測(cè)要求的不斷提高，該技術(shù)存在的問題也越來越明顯，比如無法應(yīng)用于較大跨徑的橋梁撓度測(cè)量中。這在一定程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的普及和推廣。

1.3? 改進(jìn)方法

為了進(jìn)一步推廣激光投射式位移傳感技術(shù)，必須對(duì)問題的原因進(jìn)行分析。該技術(shù)之所以無法應(yīng)用于較大跨徑的橋梁撓度測(cè)量中，主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)受點(diǎn)激光光源匯聚的效果差和光接受芯片標(biāo)靶測(cè)量面積小而導(dǎo)致的。針對(duì)該問題，可以在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)置高收斂性準(zhǔn)直半導(dǎo)體點(diǎn)激光發(fā)射器，以此從根本上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離點(diǎn)激光匯聚投射。而對(duì)于光接受芯片標(biāo)靶測(cè)量面積小的問題，則可以通過視頻采集設(shè)備的完善對(duì)光斑變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采取以上措施，便可以確保激光投射式位移傳感技術(shù)滿足較大跨徑橋梁撓度的測(cè)量需求，擴(kuò)大該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。

2? 在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用分析

為了更好地對(duì)激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中

的應(yīng)用進(jìn)行分析，本文以某座橋梁的撓度檢測(cè)為例，采用改進(jìn)后的激光投射式位移傳感技術(shù)開展撓度檢測(cè)工作，并將其結(jié)果與人工精密水準(zhǔn)儀的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此來為日后橋梁撓度的檢測(cè)提供參考依據(jù)。

2.1? 工程概況

該橋梁是位于國(guó)道主干線上的一座較大跨徑的橋梁，主橋?yàn)?20 m+210 m+120 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛結(jié)構(gòu)。由于該橋梁位置的特殊性，因此，對(duì)于該橋梁的撓度檢查周期為每半年一次。

2.2? 傳感器安裝

結(jié)合橋梁工程的實(shí)際情況，在安裝傳感器的時(shí)候，檢測(cè)單位主要從兩個(gè)方面著手，即固定激光發(fā)射器和安裝投影標(biāo)靶。其中，在固定激光發(fā)射器的時(shí)候，檢測(cè)人員需要考慮兩個(gè)方面的因素，一是要保證激光在投射到標(biāo)靶的過程中沒有任何阻攔;二是要確保傳感器測(cè)量得出的數(shù)據(jù)能夠?qū)蛄旱膿隙茸兓浞值伢w現(xiàn)出來。為了能夠達(dá)到這兩個(gè)目的，對(duì)于激光發(fā)射器的固定，應(yīng)該盡可能地設(shè)置在橋梁撓度變化的敏感區(qū)域。在安裝投影標(biāo)靶的時(shí)候，需要注意的是，由于該裝置的功能是負(fù)責(zé)接收光束，因此，必須確保投影標(biāo)靶的固定安裝。根據(jù)橋梁的具體結(jié)構(gòu)，可以將投影標(biāo)靶安裝在橋墩的位置，這樣便能保證所測(cè)得的數(shù)據(jù)能夠?qū)蛄簱隙茸兓浞煮w現(xiàn)出來。與此同時(shí)，為了能夠?qū)⒃O(shè)備所測(cè)得的數(shù)據(jù)在第一時(shí)間發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，在安裝過程中，應(yīng)該將視頻采集的數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，從而做到及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)橋梁撓度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由于本次測(cè)量結(jié)果需要與精密水準(zhǔn)儀的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，因此，我們將數(shù)據(jù)采集周期設(shè)置為每隔20 min一次。

2.3? 精密水準(zhǔn)儀測(cè)量對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了確保橋梁撓度檢測(cè)結(jié)果的精度，在利用激光投射式位移傳感技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，我們還利用了精密水準(zhǔn)儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。為了更好地進(jìn)行本次的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，精密水準(zhǔn)儀檢測(cè)方案設(shè)置如下：在橋梁跨中和橋墩的位置選取兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，并將釘子釘入兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后在此基礎(chǔ)上開展測(cè)量工作。由于該座橋梁的結(jié)構(gòu)屬于高落差、長(zhǎng)跨徑橋梁，因此，在對(duì)橋梁撓度進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，要想確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性，就必須對(duì)高差進(jìn)行分段測(cè)量，并將每段測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，從而得出橋梁撓度的變化情況。就該座橋梁的實(shí)際高差來看，高差為4 m，因此，本次測(cè)量分3段進(jìn)行，如圖1所示。

圖1? 水準(zhǔn)儀測(cè)量高差示意圖

為了節(jié)省測(cè)量時(shí)間，我們使兩種測(cè)量方法按照各自的測(cè)量步驟同步進(jìn)行。在實(shí)際測(cè)量過程中，激光投射式撓度傳感器的數(shù)據(jù)采集周期為每隔20 min一次。為了避免數(shù)據(jù)采集過程中的外界干擾，每小時(shí)去掉一組有效數(shù)據(jù)。而水準(zhǔn)儀測(cè)量則計(jì)算每組測(cè)量數(shù)據(jù)的回轉(zhuǎn)差值，根據(jù)測(cè)量規(guī)定，回轉(zhuǎn)差值在3 mm之內(nèi)可作為有效數(shù)據(jù)進(jìn)行參考。兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比情況如圖2所示。從圖2中我們能夠看出，水準(zhǔn)儀測(cè)量高差范圍是-15～10 mm，而激光投射式撓度傳感器測(cè)量撓度的變化范圍則是-1～1 mm。此外，隨著溫度的不斷變化，后者的測(cè)量數(shù)據(jù)比較平穩(wěn)，而前者數(shù)據(jù)則呈現(xiàn)出巨大的波動(dòng)。由此可見，激光投射式撓度傳感器的測(cè)量精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水準(zhǔn)儀的測(cè)量精度。

圖2? 對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

2.4? 結(jié)果分析

從本次實(shí)驗(yàn)中我們可以看出，改進(jìn)后的激光投射式撓度傳感器不僅檢測(cè)速度快，而且精度較高。同時(shí)，突破了以往激光投射式撓度傳感器在大跨度橋梁撓度測(cè)量中的限制，使其得到了進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

3? 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的不斷加快和科技水平的不斷進(jìn)步，激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用必然會(huì)越來越廣泛。從本文的分析我們能夠看出，利用該技術(shù)對(duì)橋梁撓度進(jìn)行檢測(cè)，不僅操作方便、工作效率高，而且測(cè)量精度也非常高，因此，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行不斷的優(yōu)化和完善，從而使其更好地滿足橋梁撓度的檢測(cè)需求，為我國(guó)橋梁建設(shè)整體質(zhì)量的提升提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]張奔牛，李星星，宋軍，等.激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2009（05）.

[2]張奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎烏江大橋準(zhǔn)直點(diǎn)激光投射式撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].建筑科學(xué)，2011（03）.

[3]袁江，邱自學(xué)，邵建新.集成激光位移傳感器和編碼器的曲面仿形測(cè)頭研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010（11）.

[4]靳碩，楊宏海.激光位移傳感器高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2010（06）.

〔編輯：王霞〕

To Explore the Laser Projection Displacement Sensing Technology

in the Application of Bridge Deflection Testing

Liu Lu

Abstract： The bridge deflection as an important basis for determining bridge structure health status， to regular detection is very important. Laser projection displacement sensing technology is the bridge deflection testing of a technology， they are widely used in not only easy to operate， and measuring speed， overall quality control of the bridge is of great significance.

Key words： sensing technology; bridge deflection; measurement accuracy; bridge construction quality

圖1? 水準(zhǔn)儀測(cè)量高差示意圖

為了節(jié)省測(cè)量時(shí)間，我們使兩種測(cè)量方法按照各自的測(cè)量步驟同步進(jìn)行。在實(shí)際測(cè)量過程中，激光投射式撓度傳感器的數(shù)據(jù)采集周期為每隔20 min一次。為了避免數(shù)據(jù)采集過程中的外界干擾，每小時(shí)去掉一組有效數(shù)據(jù)。而水準(zhǔn)儀測(cè)量則計(jì)算每組測(cè)量數(shù)據(jù)的回轉(zhuǎn)差值，根據(jù)測(cè)量規(guī)定，回轉(zhuǎn)差值在3 mm之內(nèi)可作為有效數(shù)據(jù)進(jìn)行參考。兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比情況如圖2所示。從圖2中我們能夠看出，水準(zhǔn)儀測(cè)量高差范圍是-15～10 mm，而激光投射式撓度傳感器測(cè)量撓度的變化范圍則是-1～1 mm。此外，隨著溫度的不斷變化，后者的測(cè)量數(shù)據(jù)比較平穩(wěn)，而前者數(shù)據(jù)則呈現(xiàn)出巨大的波動(dòng)。由此可見，激光投射式撓度傳感器的測(cè)量精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水準(zhǔn)儀的測(cè)量精度。

圖2? 對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

2.4? 結(jié)果分析

從本次實(shí)驗(yàn)中我們可以看出，改進(jìn)后的激光投射式撓度傳感器不僅檢測(cè)速度快，而且精度較高。同時(shí)，突破了以往激光投射式撓度傳感器在大跨度橋梁撓度測(cè)量中的限制，使其得到了進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

3? 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的不斷加快和科技水平的不斷進(jìn)步，激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用必然會(huì)越來越廣泛。從本文的分析我們能夠看出，利用該技術(shù)對(duì)橋梁撓度進(jìn)行檢測(cè)，不僅操作方便、工作效率高，而且測(cè)量精度也非常高，因此，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行不斷的優(yōu)化和完善，從而使其更好地滿足橋梁撓度的檢測(cè)需求，為我國(guó)橋梁建設(shè)整體質(zhì)量的提升提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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[2]張奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎烏江大橋準(zhǔn)直點(diǎn)激光投射式撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].建筑科學(xué)，2011（03）.

[3]袁江，邱自學(xué)，邵建新.集成激光位移傳感器和編碼器的曲面仿形測(cè)頭研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010（11）.

[4]靳碩，楊宏海.激光位移傳感器高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2010（06）.

〔編輯：王霞〕

To Explore the Laser Projection Displacement Sensing Technology

in the Application of Bridge Deflection Testing

Liu Lu

Abstract： The bridge deflection as an important basis for determining bridge structure health status， to regular detection is very important. Laser projection displacement sensing technology is the bridge deflection testing of a technology， they are widely used in not only easy to operate， and measuring speed， overall quality control of the bridge is of great significance.

Key words： sensing technology; bridge deflection; measurement accuracy; bridge construction quality

圖1? 水準(zhǔn)儀測(cè)量高差示意圖

為了節(jié)省測(cè)量時(shí)間，我們使兩種測(cè)量方法按照各自的測(cè)量步驟同步進(jìn)行。在實(shí)際測(cè)量過程中，激光投射式撓度傳感器的數(shù)據(jù)采集周期為每隔20 min一次。為了避免數(shù)據(jù)采集過程中的外界干擾，每小時(shí)去掉一組有效數(shù)據(jù)。而水準(zhǔn)儀測(cè)量則計(jì)算每組測(cè)量數(shù)據(jù)的回轉(zhuǎn)差值，根據(jù)測(cè)量規(guī)定，回轉(zhuǎn)差值在3 mm之內(nèi)可作為有效數(shù)據(jù)進(jìn)行參考。兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比情況如圖2所示。從圖2中我們能夠看出，水準(zhǔn)儀測(cè)量高差范圍是-15～10 mm，而激光投射式撓度傳感器測(cè)量撓度的變化范圍則是-1～1 mm。此外，隨著溫度的不斷變化，后者的測(cè)量數(shù)據(jù)比較平穩(wěn)，而前者數(shù)據(jù)則呈現(xiàn)出巨大的波動(dòng)。由此可見，激光投射式撓度傳感器的測(cè)量精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水準(zhǔn)儀的測(cè)量精度。

圖2? 對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

2.4? 結(jié)果分析

從本次實(shí)驗(yàn)中我們可以看出，改進(jìn)后的激光投射式撓度傳感器不僅檢測(cè)速度快，而且精度較高。同時(shí)，突破了以往激光投射式撓度傳感器在大跨度橋梁撓度測(cè)量中的限制，使其得到了進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

3? 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的不斷加快和科技水平的不斷進(jìn)步，激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用必然會(huì)越來越廣泛。從本文的分析我們能夠看出，利用該技術(shù)對(duì)橋梁撓度進(jìn)行檢測(cè)，不僅操作方便、工作效率高，而且測(cè)量精度也非常高，因此，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行不斷的優(yōu)化和完善，從而使其更好地滿足橋梁撓度的檢測(cè)需求，為我國(guó)橋梁建設(shè)整體質(zhì)量的提升提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]張奔牛，李星星，宋軍，等.激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2009（05）.

[2]張奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎烏江大橋準(zhǔn)直點(diǎn)激光投射式撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].建筑科學(xué)，2011（03）.

[3]袁江，邱自學(xué)，邵建新.集成激光位移傳感器和編碼器的曲面仿形測(cè)頭研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010（11）.

[4]靳碩，楊宏海.激光位移傳感器高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2010（06）.

〔編輯：王霞〕

To Explore the Laser Projection Displacement Sensing Technology

in the Application of Bridge Deflection Testing

Liu Lu

Abstract： The bridge deflection as an important basis for determining bridge structure health status， to regular detection is very important. Laser projection displacement sensing technology is the bridge deflection testing of a technology， they are widely used in not only easy to operate， and measuring speed， overall quality control of the bridge is of great significance.

Key words： sensing technology; bridge deflection; measurement accuracy; bridge construction quality