[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

说明书

本发明公开了一种用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统及方法，所述系统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。本发明能够对钢结构桥梁的主要参数进行实时自主监控，一方面有助于在桥梁危险发生前对行驶人员得到有效预警，另一方面能够为桥梁设计和维护者提供宝贵的全周期数据，具有一定的经济价值。

技术领域

本发明属于建筑物质量监测领域，尤其是一种用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统。

背景技术

钢结构桥梁在交通运输中发挥着不可替代的作用，但是桥梁的检测维护工作量及其庞大，一方面，我国旧桥的比例很庞大，这些桥梁起初设计标准较低，同时又长期缺乏必要的养护与维修，其老化现象日益严重，承载能力明显下降，逐渐不能满足现代交通发展的需求，另一方面，随着工业建设的发展，公路铁路上运输特大、特重型设备的频率已经大大加大，那些超重车辆从桥梁上通过时，将会对桥梁造成严重损害，甚至发生坍塌事故，从而带来不可挽回的生命和经济财产损失。

目前主流的桥梁健康监测方法主要包括混凝土结构无损检测，混凝土结构半破损检测，钢结构无损检测和预应力混凝土结构检测，这些检测方法大多采用人员定期检测方式，人员携带传统的测量仪器如倾角仪、位移计、数字像机、GPS、电子测距仪等对目标桥梁进行检测。这些方法测量需要人员工作量大，检测周期不固定，具有一定的主观性，同时需要经验丰富的检测人员才能担任，因此桥梁检测效率低下。

自主实时监测系统是一种能够自主监测桥梁健康状况的仪器，能够实施检测桥梁的振动状况，位移和旋转角等参数，同时能够定期检测桥梁内部钢结构裂纹大小，有助于提高桥梁检测效率。虽然目前存在一些桥梁内部结构检测装置，但功能普遍单一，并且与桥梁接触且具有损坏性，如钻心、射钉等局部破损的检测技术和桥梁混凝土表面层的锚杆拔出等半破损检测技术，因此如何实现无破损机制下的自动检测是目前桥梁健康检测领域所面临的迫切问题。

发明内容

发明目的：提供一种用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统，以解决现有技术存在的上述问题，实现多参数、高效率、自主实时的无损桥梁健康监测。

技术方案：一种用于钢结构桥梁健康监测的无损自动监测系统，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。

根据本发明的一个方面，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。在优选的实施例中，在桥梁两侧布设钢钉，振动传感器固定在钢钉的端部。

根据本发明的一个方面，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。在优选的实施例中，电容空气耦合传感器与桥梁间隔一定的距离，例如25mm。脉冲激光发生器与桥梁间隔一定的距离，例如1000mm。

根据本发明的一个方面，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。