[发明专利]用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统及方法

权利要求书

1.一种用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统，其特征在于，包括控制模块以及与所述控制模块连接的太阳能充电单元、多路振动传感器、脉冲激光发生器、电容空气耦合传感器、GPS定位单元、无线收发单元、存储单元和时钟单元；

所述控制模块用于接收多路振动传感器的数据并判断是否超过阈值；用于采集脉冲激光发生器和电容空气耦合传感器的信号并判断是否发生裂纹；以及用于采集各GPS定位单元的信号并计算桥梁三维坐标和旋转角；

所述脉冲激光发生器安装于桥梁中部下方，所述电容空气耦合传感器安装于桥梁两端，在桥梁与脉冲激光发生器探头和电容空气耦合传感器探头相对的地方，采用钢块代替混凝土，使脉冲激光发生器探头与电容空气耦合传感器探头之间形成一钢结构波导路径；

所述脉冲激光发生器用于发出激光脉冲信号，从而在内部钢结构中形成超声导波，该超声导波包含纵向强波分量和表面弱波分量；所述电容空气耦合传感器用于接收桥梁两端的超声导波导信号，并根据强波分量出现的次数和时间差计算裂纹的位置。

2.根据权利要求1所述的用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统，其特征在于，所述振动传感器为三轴加速计，沿桥梁延伸的方向，振动传感器等距安装在桥梁的两侧；所述GPS定位单元包括GPS天线和FPGA子单元，所述FPGA子单元用于GPS信号捕获，跟踪和处理，并将位置和旋转角结果输出至控制模块。

3.一种用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统实现；所述用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测方法包括桥面振动监测过程、内部钢结构裂纹监测过程和桥梁轴向旋转角及位移监测过程。

4.根据权利要求3所述的用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测方法，其特征在于，所述桥面振动监测过程包括如下步骤：

步骤11、设定监测时段、监测频率、振动采集频率和振动阈值；

步骤12、按照预定周期唤醒控制模块，轮流开启振动传感器，完成振动信号采集；

步骤13、当某个振动传感器的振动信号超过振动阈值时，将振动发生时间、传感器编号和振动数值按照预定格式存储并传输至计算机。