基于一种位移传感器的桥梁挠度测量系统
探讨激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用
探讨激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用作者：刘路来源：《科技与创新》2014年第23期桥梁挠度检测的目的主要是为了检验桥梁的工作性能和施工质量是否达到设计要求。
近年来，随着我国桥梁建设数量的不断增加，如何快速、准确地对桥梁挠度进行检测也成为了桥梁建设部门所面临的一项重大课题。
传统的检测方法不仅操作复杂，而且测量速度较慢，测量精度也无法得到有效保证。
鉴于此，本文介绍了激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用，以期为日后的桥梁挠度检测提供一定的技术支持，确保桥梁建设质量满足设计要求。
1; 激光投射式位移传感技术概述1.1; 工作原理目前，激光投射式位移传感技术已经成为桥梁挠度检测中应用最为广泛的一项技术，其工作原理为：在桥梁结构发生挠度的位置设置一个被测点，利用常规的检测方法测出该点的初始坐标，并利用光学成像镜头将该点的图像信息发送到图像传感器上;然后将采集到的图像信息传输到计算机中，用相应的分析处理软件对图像进行处理;最后利用数字图像处理技术计算被测点的坐标位置，通过比较得出该点的位移变化。
1.2; 应用过程中存在的问题就目前激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用效果来看，其不仅操作简便、测量速度快，而且后期的维护成本也比较低。
此外，与传统的测量技术相比，该技术的测量精度也非常高，可达到0.1 mm，因此，深受桥梁建设部门的青睐。
然而，随着桥梁结构的不断变化以及相关部门对桥梁挠度检测要求的不断提高，该技术存在的问题也越来越明显，比如无法应用于较大跨径的桥梁挠度测量中。
这在一定程度上限制了该项技术的普及和推广。
1.3; 改进方法为了进一步推广激光投射式位移传感技术，必须对问题的原因进行分析。
该技术之所以无法应用于较大跨径的桥梁挠度测量中，主要是因为该技术受点激光光源汇聚的效果差和光接受芯片标靶测量面积小而导致的。
针对该问题，可以在原有技术的基础上设置高收敛性准直半导体点激光发射器，以此从根本上实现远距离点激光汇聚投射。
在线监测桥梁挠度的实用方法
在线监测桥梁挠度的实用方法桥梁的挠度是指在受到外部荷载作用时，桥梁结构产生弯曲或变形的程度。
挠度的监测对于确保桥梁结构的安全性和稳定性非常重要。
以下是几种实用的在线监测桥梁挠度的方法：1.激光位移传感器：激光位移传感器可以通过测量光束的位移来监测桥梁的挠度。
这种传感器具有高精度和高稳定性，能够实时监测桥梁的变形。
激光位移传感器可以安装在桥梁的关键位置上，并与计算机或数据采集系统连接，实时记录桥梁的挠度数据。
2.光纤传感器：光纤传感器是一种基于光纤光学原理的传感器，可以通过光纤的弯曲来测量桥梁的挠度。
将光纤安装在桥梁的重要部位，当桥梁发生挠曲时，光纤弯曲度的变化会导致光信号的强度和相位发生变化，通过对这些变化进行分析，可以实时监测桥梁的挠度。
3.压力传感器：压力传感器可以测量桥梁在受力状态下产生的压力变化，从而推测桥梁的挠度情况。
将压力传感器安装在桥墩、梁体或关键承载构件上，当桥梁受力变化时，压力传感器会测量到相应的压力变化，通过分析这些数据，可以得到桥梁的挠度信息。
4.加速度计：加速度计可以测量桥梁的加速度变化，进而推测桥梁的挠度情况。
将加速度计安装在桥梁的关键位置上，当桥梁受到外部荷载作用时，会产生相应的振动和加速度变化，通过对这些加速度数据的收集和分析，可以得到桥梁的挠度信息。
5.挠度计：挠度计是一种专门用于测量桥梁挠度的传感器。
将挠度计安装在桥梁的关键位置上，当桥梁发生挠曲时，挠度计会记录下相应的变形情况。
挠度计可以分为光学挠度计、电阻式挠度计、电容式挠度计等多种类型，每种类型都有其特定的监测原理和应用范围。
这些在线监测桥梁挠度的方法可以单独使用，也可以结合多种方法进行综合监测。
通过对桥梁挠度数据的实时监测和分析，可以及时发现并解决桥梁结构的安全隐患，确保桥梁的正常运营和使用安全。
桥梁挠度仪动挠度检测原理
桥梁挠度仪动挠度检测原理桥梁是连接两个地方的关键交通设施，而保障桥梁结构的稳定性和安全性对于交通运输的顺畅至关紧要。
在桥梁的设计、建设和维护过程中，挠度是一个关键的参数，它反映了桥梁结构在负载作用下的变形程度。
为了准确测量桥梁的挠度，工程师们使用了一种被称为桥梁挠度仪的设备。
本文将介绍桥梁挠度仪的动挠度检测原理，解释其在保障桥梁安全方面的紧要性。
桥梁挠度仪使用传感器来测量桥梁的挠度。
这些传感器通常是位移传感器，如应变计或位移传感器，它们安装在桥梁的关键位置，例如梁底或支座。
传感器测量到的位移信号将被桥梁挠度仪的数据手记系统记录下来。
数据手记系统可以是硬件设备或软件程序，负责接收传感器信号并将其转换为数字信号进行处理。
接下来，测得的位移信号需要进行信号处理，以提取有用的挠度信息。
这可能涉及到滤波、放大和采样等处理步骤，以确保测量结果的准确性和可靠性。
通过这些信号处理步骤，我们能够获得清楚且可靠的挠度数据。
然后，利用测量到的位移数据，我们可以进行挠度计算。
挠度计算可以基于简单的几何关系，例如使用杆件理论，或者基于更多而杂的有限元分析等数值方法。
这些计算方法使工程师们能够准确地了解桥梁的挠度情况，以便评估桥梁结构的稳定性和安全性。
最终，测量到的挠度结果可以通过显示器、打印机或计算机界面等方式进行显示和记录。
这样，工程师或技术人员可以方便地分析和评估桥梁的挠度情况，及时发现任何异常或潜在的结构问题。
这为他们订立维护计划、采取必需的修复措施供应了紧要的依据，以确保桥梁的安全运行。
总结起来桥梁挠度仪的动挠度检测原理是基于传感器测量桥梁的位移信号，经过信号处理和挠度计算，最终得到桥梁的挠度结果。
这项技术成为保障桥梁结构安全的紧要工具，具有以下几个关键优势：1、非破坏性检测：桥梁挠度仪的动挠度检测是一种非破坏性的测量方法，无需对桥梁进行拆除或转变结构，就可以取得关键的结构变形信息。
2、高精度和准确性：通过精准明确的传感器测量和信号处理技术，桥梁挠度仪能够供应高精度和准确的挠度测量结果，帮忙工程师们更好地评估桥梁的结构性能。
桥梁结构变形监测方案位移传感器的应用
桥梁结构变形监测方案位移传感器的应用桥梁结构变形监测方案：位移传感器的应用桥梁作为重要的基础设施，承受着车流、行人和载重等不同形式的负荷，随着时间的推移，桥梁结构可能会发生变形。
为了及时掌握桥梁的变形情况，并采取相应的维修措施，位移传感器成为了桥梁结构变形监测的重要工具之一。
本文将探讨位移传感器在桥梁结构变形监测方案中的应用。
一、引言桥梁结构的变形监测对于确保桥梁的安全运行具有重要意义。
传统的变形监测方法包括经典测量仪器和人工巡查，然而这种方法费时费力，且无法实时获取数据。
因此，位移传感器的应用成为了一种便捷、准确的变形监测方案。
二、位移传感器的工作原理位移传感器是一种能够测量目标物体或结构的位移或移动的传感器。
常用的位移传感器包括电阻应变片、压阻式传感器、光电编码器等。
以电阻应变片为例，当目标物体发生位移时，电阻应变片会产生相应的变形，从而改变其电阻值。
通过测量电阻值的变化，就可以确定目标物体的位移量。
三、位移传感器在桥梁监测中的应用1. 桥梁变形监测位移传感器可以实时监测桥梁结构的变形情况，包括水平位移和垂直位移。
通过将多个位移传感器布置在桥梁的关键部位，可以实时获得桥梁各个部位的位移数据，从而及时发现潜在的结构问题，并制定相应的维修方案。
2. 桥梁振动监测位移传感器还可以用于桥梁振动监测，特别是在大风、地震等外界因素的作用下，桥梁可能会发生振动。
通过安装位移传感器，可以实时监测桥梁振动的幅度和频率，为灾害预警提供数据支持，保障行车和行人的安全。
3. 载荷监测位移传感器还可以用于桥梁的载荷监测。
桥梁在运行过程中会承受不同重量的车辆和行人，通过位移传感器可以实时获得桥梁不同位置的位移量，从而精确计算出桥梁所承受的荷载。
这对于桥梁的维护与修复具有重要意义，可以避免超载引起的结构问题。
四、位移传感器的优势和应用前景1. 优势位移传感器具有安装方便、实时监测、准确度高等优势。
同时，随着传感器技术的不断发展，传感器的尺寸越来越小，功耗越来越低，适应于更复杂的环境。
在线监测桥梁挠度的实用方法
在线监测桥梁挠度的实用方法在桥梁工程中，监测桥梁的挠度是非常重要的，可以帮助工程师及时检测桥梁的变形情况，提前发现并解决潜在的安全隐患。
下面将介绍几种在线监测桥梁挠度的实用方法。
1.传感器监测法：使用传感器对桥梁进行监测，最常用的是应变传感器和位移传感器。
应变传感器通过检测桥梁结构中的应变变化来间接测量桥梁的挠度。
位移传感器直接测量桥梁中一些特定点的位移变化来确定桥梁的挠度。
这种方法可以实时监测桥梁的变形情况，并将数据传输给监测系统，可视化显示桥梁的挠度变化。
2.振动监测法：通过在桥梁的关键部位安装振动传感器，实时监测桥梁的振动情况。
当桥梁受到外力作用产生振动时，传感器会检测振动的频率和振幅，并将数据传输给监测系统。
监测系统可用于分析桥梁的动力特性，并根据振动参数推断桥梁的挠度情况。
3.激光扫描监测法：通过激光扫描仪在桥梁的不同位置进行测量，获取桥梁表面的三维坐标数据。
通过不同时间点的三维数据比对，可以计算出桥梁的挠度变化情况。
激光扫描监测法具有高精度和无接触的特点，可以获得桥梁全面、准确的变形数据。
4.雷达监测法：利用雷达技术对桥梁进行监测，通过测量电磁波的反射时间和强度变化来获取桥梁表面的形变信息。
雷达监测法适用于监测桥梁远距离视线不良或无法直接观察到的部位，如桥塔、桥墩等。
5.大数据分析法：将桥梁监测系统收集的大量数据存储于云端，并应用大数据分析技术对数据进行处理和分析。
通过对大数据中的挠度变化进行统计和建模，可以实现对桥梁挠度的长期监测和预测。
总之，在线监测桥梁挠度的实用方法具有多种选择，可以根据具体的桥梁情况和监测需求进行选择和组合使用。
这些监测方法可以及时提供桥梁的变形情况，在保障桥梁安全和可靠性方面起到重要作用。
随着监测技术的不断发展和创新，相信在线监测桥梁挠度的方法也会越来越先进和精确。
桥梁挠度检测实验系统设计
D O I :１０．１６７９１/j ．c n k i ．s j g．２０１９．０５．０２１㊀桥梁挠度检测实验系统设计李星星,梁宗保,席源江,黄居华(重庆交通大学信息科学与工程学院,重庆㊀４０００７４)摘㊀要:设计了基于激光投射式位移监测方法的桥梁挠度检测实验系统,介绍了该系统的基本原理和光斑中心位移算法.该系统由激光发射模块㊁激光接收模块㊁图像采集与处理模块㊁无线传输模块以及数据显示模块等组成.实验测试表明,该系统可以实现对桥梁模型竖向挠度的检测,能够满足实验教学的需要.基于该实验系统可以开发多项开放式㊁创新性实验项目,有助于学生对结构健康监测技术的理解,提高学生的创新思维和实践能力.关键词:挠度检测;实验系统;激光投射中图分类号:U ４４６;G ４８４㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:１００２Ｇ４９５６(２０１９)０５Ｇ００９８Ｇ０３D e s i g n o f e x p e r i m e n t a l s y s t e mf o r b r i d ge d ef l e c t i o n d e t e c t i o n L IX i ng x i n g ,L I A N GZ o n g b a o ,X IY u a n j i a n g,HU A N GJ u h u a (S c h o o l o f I n f o r m a t i o nS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,C h o n g q i n g ４０００７４,C h i n a )A b s t r a c t :T h ee x p e r i m e n t a l s y s t e m o f t h eb r i d g ed e f l e c t i o nd e t e c t i o nb a s e do nl a s e r p r o j e c t i o nd i s p l a c e m e n t m o n i t o r i n g m e t h o di sd e s i g n e d ,a n dt h e b a s i c p r i n c i p l eo ft h es y s t e m a n dt h ea l g o r i t h m o fs po tc e n t e r d i s p l a c e m e n t a r e i n t r o d u c e d ．T h i ss y s t e mc o n s i s t so f t h e l a s e r t r a n s m i t t i n g m o d u l e ,l a s e r r e c e i v i n g m o d u l e ,i m a g ea c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g m o d u l e ,w i r e l e s st r a n s m i s s i o n m o d u l e a n d d a t a d i s p l a y m o d u l e ．T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e s y s t e mc a nd e t e c t t h e v e r t i c a l d e f l e c t i o n o f b r i d g em o d e l a n dm e e t t h e n e e d s o f e x p e r i m e n t a l t e a c h i n g ．B a s e do n t h i s e x p e r i m e n t a l s y s t e m ,m a n y o p e n a n d i n n o v a t i v e e x p e r i m e n t a l p r o je c t s c a nb e d e v e l o p e d ,w h i c hc a nh e l p s t u d e n t s t ou n d e r s t a n dt h e t e c h n o l o g y of s t r u c t u r a lh e a l t h m o n i t o r i ng a n d i m p r o v e th ei r i n n o v a t i v e t h i n k i n g a n d p r a c t i c a l a b i l i t y．K e y wo r d s :d e f l e c t i o nd e t e c t i o n ;e x p e r i m e n t a l s y s t e m ;l a s e r p r o j e c t i o n 收稿日期:２０１８Ｇ１０Ｇ１５基金项目:重庆市高校创新团队建设计划项目(C X T D G ２０１６０２０１３);山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地课题(C Q S L B F ＧY １７Ｇ２)作者简介:李星星(１９８４ ),男,重庆,硕士,实验师,研究方向为传感技术㊁结构健康监测．E Ｇm a i l :x i n g x i n g l i ３３１＠c q jt u ．e d u ．c n ㊀㊀科研成果蕴含着创新的思想,是非常宝贵的潜在实验教学资源.如果将之转化为实验教学内容,让学生有机会接触到学科的前沿知识,体会创新的过程,培养创新的思维,这是培养创新型人才的必要手段[１Ｇ２].挠度监测是结构健康监测的一项重要内容.激光投射式位移监测方法应用于桥梁挠度监测,具有对结构体不产生损害㊁施工安装方便㊁测量精度高㊁后期维护成本低等特点.该方法涵盖多学科的知识,综合运用了传感技术㊁点激光汇聚投射技术㊁光斑图像识别技术㊁远距离通信技术等[３].传统的人工测量方法,如精密水准仪测量法[４]㊁全站仪测量法[５Ｇ６]等,由于设备体积较大,无法在实验室桥梁模型上安装操作,也不能体现自动化㊁信息化的现代测量手段.课题组采用我校国家重点实验室培育基地的科研成果,结合实验教学的具体要求,对硬件和算法等进行调整并优化,设计了一套基于激光投射式位移监测方法的桥梁挠度检测实验系统,主要用于土木工程类专业和电子信息类专业本科生的实验教学.该系统由激光发射模块㊁激光接收模块㊁图像采集与处理模块㊁无线传输模块以及数据显示模块等组成,测量精度达到０．１m m .除具备实验教学的功能外,基于该实验系统还能开发出多项开放式㊁创新性实验项目[７].学生在完成实验项目的过程中,需要共同或独立解决多项关键技术,达到培养创新思维的目的,从而提高自主学习与实践的能力.I S S N１００２Ｇ４９５６C N １１Ｇ２０３４/T ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀实㊀验㊀技㊀术㊀与㊀管㊀理E x p e r i m e n t a lT e c h n o l o g y a n d M a n a g e m e n t ㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀第５期㊀２０１９年５月V o l ．３６㊀N o ．５㊀M a y．２０１９１㊀实验系统原理１．１㊀激光投射式位移监测方法激光发射器固定于被测结构的测量点位置,准直激光束投射在固定的半透射标靶上,形成一个圆形激光光斑,如图１所示.视频采集设备安装于标靶正后方,从视频采集设备输出的模拟视频信号经图像采集卡采集,通过专门的软件处理后得到标靶上光斑中心的坐标位置.任一时刻,被测结构在荷载作用下沿竖向移动ΔY 距离,由于激光器固定在被测结构上,因而激光器也会相应移动,使得投射在标靶上的激光光斑也产生相同的位移.计算出光斑在标靶上中心位置的竖向位移ΔY ,即是测量点的竖向挠度[８].实际工程应用中,可以在被测结构上同时安装多个激光发射器,从而实现挠度多点测量.图１㊀实验系统原理示意图１．２㊀光斑中心位移算法光斑中心定位及位移计算的原理和算法较为复杂[９Ｇ１２],在该实验系统设计中采用调整并优化后的算法,便于学生理解和编程实现.特制的成像标靶使用暗淡的蓝色,与摄像头实际采集到的光斑颜色区别明显,将采集的光斑特征数据取平均值达到识别光斑位置的目的.选用数字摄像头,单片机无需存储每一帧光斑图像.具体实现方法:图２中,将光斑特征数据所在坐标列数之和求平均值,得到光斑中心点所在列数为图２㊀光斑中心位移分析示意图x j ＝１m ˑðmi ＝０x i (１)㊀㊀同时,将光斑所在的坐标行数之和求平均值,得到光斑中心点所在行数:y j ＝１n ˑðni ＝０y i (２)㊀㊀由此,可确定图像中光斑中心所在位置(x j ,y j ).计算位移时,首先根据(１)式和(２)式得到初始坐标点(x ０,y０);当测量点发生变形时,光斑坐标点发生变化,得到次态坐标点(x １,y １),从而得出前后两幅图像中光斑中心的竖向位移(y１－y ０).由于只考虑测量竖向挠度值,需要确定两行像素点之间的距离d .d 由下式计算:d ＝N /p (３)其中,N 代表摄像范围内的竖向宽度,p 代表图像数据的行数.最后,得到竖向挠度ΔY 为:ΔY ＝(y１－y ０)ˑd (４)２㊀实验系统设计及实施挠度检测系统主要包括激光发射模块㊁激光接收模块㊁图像信息采集模块㊁图像信息处理模块㊁无线传输模块和数据显示模块,总体结构框图如图３所示.图像识别与处理采用数字摄像头和３２位单片机芯片,无线传输采用蓝牙技术,测量数据通过上位机软件界面和液晶显示器同时显示.图４为桥梁模型挠度检测装置.图３㊀系统总体结构框图２．１㊀激光发射模块考虑到实验室环境不受污浊空气㊁强烈光线的影响,加之安装在桥梁模型上的激光器投射距离较短,无需使用特制的弱衍射准直激光器,因此采用了成本低廉的激光笔作为激光光源,安装情况如图４所示.由于桥梁模型在荷载作用下挠度变化很小,而且对测量的精度要求很高,激光笔必须紧贴桥模跨中固定,不能受其他外力干扰.激光笔由按钮控制开关.２．２㊀激光接收模块激光接收模块采用特制的成像标靶.标靶为半透９９李星星,等:桥梁挠度检测实验系统设计明亚克力板,在保证激光束能够透射到标靶的另一侧形成稳定光斑的同时,可以有效地过滤干扰光线.另外,通过打磨标靶表面使其呈漫反射特性,避免了激光束的二次汇聚反射产生的干扰.标靶固定于桥梁模型墩台上方,处于摄像头测量范围内.激光接收标靶的架设见图４.图４㊀桥梁模型挠度检测实验装置２．３㊀图像信息采集模块图像信息采集模块由摄像头O V７６７０[１３]和数据缓冲器A L４２２B组成.采用数字摄像头作为图像信息采集设备,简化了图片处理过程.摄像头与标靶的距离调整适当,避免光线的干扰以及标靶外的图像进入摄像范围内.２．４㊀图像信息处理模块图像信息处理模块选用S T M３２f４０７V E T６单片机,主要对激光光斑进行中心定位并计算位移.该单片机基于高性能A R M３２位R I S C内核,工作频率１６８MH z,具有浮点单元(F P U)单精度,支持所有A R M单精度数据处理指令和数据类型,实现了一整套D S P指令和内存保护单元(M P U).单片机由３．３V电源单独供电,使用串口１实现串口传输,U SＧA R T１_R X接蓝牙的T X,U S A R T２_T X接蓝牙的R X.２．５㊀无线传输模块考虑到桥梁模型主跨较短,因此将工程上利用线缆传输的方式改为无线传输的方式.本次设计采用了蓝牙传输方式,将单片机中的测量数据传输到P C机,大大降低了材料成本和设备安装的复杂度.２．６㊀数据显示模块测量数据通过两种形式显示,一是可通过固定在桥梁模型上的液晶显示器直接读取挠度测量数据;二是上位机显示界面可以实时显示测量数据,还可以对数据进行保存和分析.３㊀实验测试实验过程中,通过有规律地增加砝码给桥梁模型施加荷载,使得测量点产生竖向挠度变化.挠度检测系统的上位机显示界面实时显示测量数据,可以精确检测到桥梁模型０．１m m的竖向挠度变化.通过两种不同的方式增加荷载,得到了测量结果,实验数据及挠度变化趋势见图５.图５㊀挠度变化情况测试结果表明,桥梁等结构体在荷载作用下相应产生变形;在桥梁承载能力范围内,结构测量点的竖向挠度变化随着荷载增加而变大;在不同荷载方式的作用下,桥梁结构产生竖向挠度的大小不同,具体表现为系统对该桥梁模型挠度检测过程中,荷载增加１．０~５．０k g,测量点挠度变化为０．２~０．６m m,呈现非线性关系.４㊀结论将应用较为成熟㊁得到工程验证的科研成果转化为实验教学内容,为学生提供开放式㊁创新性的实验项目,有助于提升实验教学质量.本文设计的基于激光投射式位移监测方法的挠度检测实验系统,满足了结构健康监测技术课程实验教(下转第１１０页)００１实㊀验㊀技㊀术㊀与㊀管㊀理。
基于一维微变雷达和多点位移动态检测系统的桥梁挠度比对试验研究
基于一维微变雷达和多点位移动态检测系统的桥梁挠度比对试验研究谢晖刘仁兵中大智能科技股份有限公司刘仁兵中大智能科技股份有限公司单位省市：湖南省长沙市单位邮编：410006摘要为验证一维微变雷达与非接触多点位移动态检测系统（简称桥梁挠度仪）对桥梁静挠度的测试精度。
本文采用两种不同方法，通过一维微变雷达和非接触多点位移动态检测系统对荷载作用下桥梁结构同一位置的挠度进行监测，基于测试结果对两种仪器在相同条件下的测试准确度进行评价。
结果表明： Z值大于-1.036且小于1.007，评价本次比对结果为满意，验证本次仪器比对检测数据准确、有效，两种设备及方法可对桥梁挠度进行精确测量。
Abstract:To verify the testing accuracy of bridge static deflectionobtained via one- dimensional micro-variable radar and non-contactmulti-point displacement dynamic detection system (bridge deflectometer), two different methods were employed to monitor the deflection of the bridge structure at the same location under static load through one-dimensional micro-variable radar and non-contactmulti-point displacement dynamic detection system in the current study. The testing accuracy of the two instruments under the same conditions was evaluated based on the test results. The results show that the Zvalue was greater than -1.029 and less than 1.007 and the comparison results were acceptable, which demonstrates that the testing data of this instrument was accurate, and the instrument can be used in real applications.Key words: one- dimensional micro-variable radar; multi-point displacement dynamic detection system; bridge; comparative test; static deflection; accuracy关键词一维微变雷达；多点位移动态检测系统；桥梁；比对试验；静态挠度；准确度0引言桥梁是交通设施互联互通的关键节点和枢纽工程，是国民经济发展和社会生活安全的重要保障，因此，桥梁结构健康状态的精准检测对保证其安全运营具有重要意义[1, 2]。
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基于一种位移传感器的桥梁挠度测量系统
作者：张帆李佳琦
来源：《电脑知识与技术》2016年第20期
摘要：桥梁挠度是指桥梁在荷载作用下的最大变形。
由于实验室环境条件的制约，该文研制开发出一款小型、操作简单、易移植的挠度测量系统。
阐述说明了位移传感器的组成与测量原理，实现将电压放大并作为模拟量输入发送给主机。
系统对电压值判断后将判别结果作为数字量输出，驱动蜂鸣器做相应反应，同时服务器也可实现远程数据读取和实时监控。
实验结果验证了系统控制方案的可行性和正确性，并对误差原因进行分析。
系统具有很强的推广价值及实际工程应用前景。
关键词：桥梁；挠度；位移传感器；放大电路；远程监控
中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）20-0239-01
Abstract：Deflection of bridge span means the maximum deformation when bridge is under the action of load. Due to the constraints of laboratory conditions，the article develops a system for measuring bridge deflection，which is small，simple，portable.The article intruduces the composition of displacement transducer and sends it to the host as analogy input.The system judges the voltage and output it as digital output， driving buzzer to do the corresponding response.At the same time ，Servers can realize remote data access and real-time monitor.Experimental results verify the feasibility and correctness of the control system scheme and analyze the error cause. Therefore，the system has a strong promotion value and practical engineering application prospects.
Key words： bridge； span； displacement transducer； amplifier circuit； remote data access
1 引言
桥梁挠度作为桥梁结构的一个重要参数，在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。
随着对桥梁关键点测量数据技术的发展，人们研究出了许多测量方法。
有目前常用的挠度测量方法有位移计法、水准仪法、全站仪法、百分表、千分表，光电法等。
本文使用位移传感器模拟桥梁挠度进行测量。
2 测量系统组成与原理
2.1 系统组成
系统主要由电源，位移传感器，电压放大电路，数据采集卡，软件系统与蜂鸣器预警电路等组成。
其中位移传感器使用LDVT位移传感器，电压放大电路与蜂鸣器电路自行搭建，软件系统基于MFC实现。
2.1.1 电压放大电路
电压放大电路使用OP07芯片实现，由于放大倍数为2倍，则采用差分放大电路实现。
电压增益为Av = -Rf/R1。
电阻阻值分别为R1=10KΩ，Rf=20KΩ。
如图1所示。
2.1.2 蜂鸣器预警电路
蜂鸣器预警电路原理如下：当挠度低于阈值，则系统正常工作。
即输出数字量为0，由于为低电平，则蜂鸣器不会发出响声。
否则输出1，高电平使得蜂鸣器发出响声，实现报警功能。
如图2所示。
2.2 测量原理
首先使用电源，选择合适的电压给位移传感器供电，使其工作。
将输出电压接入放大增益为2倍的放大电路。
该电路是由差分放大电路实现的，具体原理参见上述原理。
电压放大后，接入数据采集卡作为模拟量输入传输到计算机上，并由软件系统接收到的模拟量数据进行采集并实现实时显示功能，并判断与设定阈值的关系，此阈值可以由用户提前输入，也可以通过远程通信进行设置。
若挠度低于阈值，则系统正常工作。
否则，系统报警且蜂鸣器响。
同时，对于处在统一局域网的主机，可实现两机之间通信，在另一台主机上可观察到数据实时曲线，实现数据远程通信。
本系统使用MFC程序实现数据量的采集以及后续处理，过程为系统标定、挠度采集、实时曲线、数据存储、系统预警等功能实现原理如下：首先对数据采集卡进行驱动，采集到模拟量输入数据之后，将其存入文本文件。
并基于MFC程序实现实时曲线显示功能。
具体流程如下：使用Ontimer（）定时器函数，在实现过程中调用invalidate（）函数。
由于此函数默认触发Onpaint（）函数，此时可以对edit绘图窗口控件进行编辑。
由于update（）函数功能为更新数据，则在每次更新时，都可使用上述过程实现数据更新功能。
3 结论
本文所述的基于位移传感器的桥梁挠度系统具有操作简便，易移植等优点，能够模拟基本的桥梁挠度检测过程，并且在一定误差下，较好的完成了测量功能。
满足基本速度要求与精度要求。
实验证明，设定阈值情况下，可以较好的满足灵敏度要求。
其中由于使用MFC开发完成的工具，要求速度也得到了基本保证。
本系统为实验室模拟桥梁挠度提供了一种新方法，有助于初次接触桥梁挠度和深入设计的人员使用，且具有简便快捷易懂的优点。
参考文献：
[1] 张洁，朱永. 一种新型连通管式光电液位传感器[J] .仪器仪表学报， 2004（6）.
[2] 蓝章礼，杨小帆. 非接触式张力桥梁挠度测量系统[J] .仪器仪表学报， 2008（7）.
[3] 杨建春，陈伟民. 桥梁结构状态参数检测技术研究现状[J] .传感器技术， 2004（5）.。