挠度仪说明书

一、仪器原理

BJQN-4A型，及BJQN-4B型光电图象式桥梁挠度检测仪，是继4型之后设计出的新型桥检仪器，采用图象法测量，大大提高了量程，能够满足各种桥梁，包括军用浮桥和吊桥低频大位移的挠度测量，同时，还可以用来测量大跨度结构物的柱、梁的变形，高层楼房、电视塔、钻井平台等的振动位移。BJQN-4B型检测仪在-4型的基础上，增加了桥梁横向位移的测试，使测量者更加全面地了解桥梁的动态指标。4B型新增加自动嚗光，使得静态检测不再受电压波动的影响。

图象法的基本原理是：在桥梁的测试点上安装一个测试靶，在靶上制作一个光学标志点，通过光学系统把标志点成象在ＣＣＤ的接收面上，当桥梁在通载作用下产生振动时，测试靶也跟着发生振动，通过测出靶上标志点在ＣＣＤ接收面上图象位置的变化值，就可以得到桥梁振动的位移值，其最小可测量的分辨率由ＣＣＤ器件象元的宽度大小决定，最大测量范围由镜头的视场角，光学系统放大率和ＣＣＤ有效象元阵列长度决定。

测试系统组成方框图如下所示:

测→→→物镜光学电源→→成象→→→分束

靶→→→系统系统

↓显示←便携机传输←单←CCD⊥

打印←←←片

绘图←微机采集←机←CCD∥

由于桥梁在载荷通过时为空间三维运动，我们通过光学解析系统把靶标的横向和纵向分量分别检出，传到竖直线阵ＣＣＤ和水平线阵ＣＣＤ上。系统的Ｋ值（Ky、Kx），即ＣＣＤ上每个象素代表的实际位移值，可在测量之前进行标定。ＣＣＤ为电荷耦和固体成象器件，它是用大规模硅集成电路工艺制成的模拟集成电路芯片，具有光电转换，电荷储存、传输和读出功能，在驱动电路的作用下，通过光电转换、电荷存储、传输、输出后，对初始信号进行预处理，获得幅度正

比于各象素所接收图象光强的电压信号，用作测量的图象信号经过量化编码后，传输到单片机进行运算处理，通过接口把数据传输给笔记本微机。该微机首先把从每一个测点上传输来的纵向和横向位移信号储存起来，在一个试验过程结束后，通过专用软件进行数据处理计算，给出被测桥梁在载荷作用下产生的纵向和横向位移及其随时间而变化的曲线，即时程曲线，可由屏幕显示、并由打印机输出。在这一基础上，使用者可进一步，通过频谱分析给出桥梁的强迫振动频率和固有频率，通过计算分析给出桥梁试验的冲击系数、横向转角等参数，通过对软件进一步开发还可对桥梁进行动态应力分析以及相关分析。

该仪器由以下几个部分组成:

1、测试头部分：包括望远系统，分束系统，成象系统，ＣＣＤ器件及驱动电

路。以及安平三角基座、垂直和水平微调、高精度两维机械轴系等部件。

2、控制器部分: 包括微处理机接口电路，单片机，面板控制键。电源部件：

控制器直流供电电源及充电电源。

3、靶标部分：包括靶标、靶标电源、靶标支架等。

4、标定器：仪器在现场对测量点进行测量标定的专用标定装置；根据距离的

远近，亦即测量范围的大小选择标定数值的大小，专用标定器装有特定的

计量用数字百分表，每次标定后的位移数值由百分表上读出。

5、聚焦镜头：每台仪器均配有专门设计的靶标聚光镜头，以便在测量距离

远时将其加在靶标的前面，会聚靶标的光束使其达到最好的测量效果。

6、三角架。

7、电缆等附件。

8、选购件：微机、靶标串口电源等。

二、技术指标

1、可同时进行两维测量，测量范围：垂直不小于0～0.80m水平不小于0～

0.3m（最大测量距离处）

2、测量距离: 5m～500m

3、频率响应: 0～20Hz。

4、可分辨率: 测量范围的3‰

5、不确定度: 测量范围×1％

6、采样时间: 5ms，7.5ms，10ms，12.5ms等多档可预置。也可以采用自动

测量工作方式，曝光时间由当时的靶标的光强（距离）自动探测完成后

来自动确定，曝光时间随光强而变化。

7、最长记录时间: ≤2000s 。

8、工作温度: 0℃～40℃，相对湿度: ≤80％。

9、抗震性能: 在三级公路运输试验16小时后，正常工作。

10、电池供电: 充足电池，可连续供电两小时以上。

三、使用步骤

1、在桥梁上被测位置处，安装标定器靶标，（安装方法见后面"六"中的详细介绍）靶标正对测试头（可在晚上安装更好，利用光线明显的束角观察光斑位置），连接电源线并打开开关，点亮靶标；如果检测距离小于30米，建议采用小灯靶标（无反射罩，在标定器上有安装座）。

2、在测试点架好三角架，装上测量头，调整三条腿的高度，将三角架顶部大致调平；

3、将控制器与测试头之间、微机与控制器之间的电缆连好，安好电源插头，精调支脚镙钉至测量头水准平衡（先将仪器下部8分的圆水泡调至中心，再将20秒的长水泡调至正中，熟练后亦可直接调整长水泡居中）；

4、手扶测头，松开水平及俯仰方位锁紧板手，（注意!该水平锁紧板手仅需轻轻旋转90°，即可完成锁紧和松开的工作，切勿转动角度过大，以免损坏!）打开测量头后面的观察小盒，同时旋开位于测量头前方，望远镜上面的小窗口，先通过位于望远镜上面的方孔向外观察，可以看到如下面的图中所示的情况；在粗瞄准管的四周有一小片透光空间，用眼睛的余光观察周围的景物，找到要瞄准的靶标，粗瞄准调准大致方向后，拧紧两个锁紧板手，通过上下及左右微调旋钮将象调整到粗瞄准的中心位置上，于是该靶标也应存在于望远镜的视野里了。再通过望远镜观察，微调测量头上方的竖直微调螺旋以及测头下部的水平微调螺旋，

使靶标成象在视场中心（目镜分划板叉丝中心）；通过测量头左下边的调整孔，伸进左手母指和食指旋转物镜调焦螺旋来调整焦距，使成象清晰为止，而后合上小盒；此时再观察水泡如有偏移，需再调

节支脚镙钉至水平，并重新调节，使其成

象在叉丝中心。

5、设定采样频率。控制器面板拨轮中最右边那片从0-5分为六档，对应测试时间从1分钟到10分钟变化，（同时采样频率也为5-50毫秒变化）使用者根据测量距离及动载检测需要的速率两方面进行选择，当数码管显示水平或竖直初始位置的数字不稳定时，说明采光量不足；需通过进一步将靶标灯对准测量头，使光束中心指向检测头或是降低采样频率亦即增加CCD器件的感光时间加以改善（注意：在进行此操作时应保持中间的那片拨轮为“0”的位置）。现在新型控制器的第三个拨轮放在“8”的时候，采样频率为“自动调整”状态。在下面的“9”中再详细叙述“自动调整”状态的操作过程和步骤。

6、打开控制器电源，将最左边拨轮拨到“0，1，2”三个中的任一个位置，按一下复位键，微调水平微调螺钉和俯仰微调螺钉，使数码管显示一较为稳定的数据，这一数据表示光斑在纵向ＣＣＤ上的位置象素数，调整俯仰微调螺钉，使显示象素数为1000左右；当需要的测量范围较大时，可微调至数码管显示稍小于1000；如果数码管显示的数据失真（不随靶标移动而变化），或者极不稳定，可仔细调节靶标方向或加聚光灯罩；（此时往往检测距离较远）请注意进行检测时，应尽量使该数值保持在+1或-1的变化范围，以保持测量基线稳定。