[发明专利]高速公路桥梁结构安全智慧感知设备及方法

权利要求书

1.高速公路桥梁结构安全智慧感知设备，其特征在于，包括：

两个感知组件，所述感知组件包括底座、储液筒、液位观察管，所述储液筒内部收纳有液体，所述储液筒还设有通气孔，每个感知组件的储液筒、液位观察管连通，两个感知组件的储液筒通过通液管连通，两个感知组件均安装在桥梁的梁体上、且底座安装于同一初始高度，其中一个感知组件位于桥墩上方，另一个感知组件位于跨中；

两个超声波传感器组件，所述超声波传感器组件包括至少三个超声波探头，一个超声波传感器组件设置在一个感知组件的储液筒内部，一个超声波探头形成一个探测点，所述探测点位于所述储液筒底部，自下至上发射超声波；

传输组件，其包括光纤、光纤调制解调器，所述超声波探头的电缆连接光纤调制解调器，将超声波探头接收的振动频率进行声电光转化后通过光纤传输至云平台。

2.如权利要求1所述的高速公路桥梁结构安全智慧感知设备，其特征在于，所述超声波传感器组件包括三个超声波探头。

3.如权利要求1所述的高速公路桥梁结构安全智慧感知设备，其特征在于，还包括：

传感器组，其包括加速度计、速度计、挠度计、裂缝计、温度计、应变计、压力环，所述传感器组安装在桥梁的梁体、斜拉索、吊杆、桥塔和/或桥墩上。

4.高速公路桥梁结构安全智慧感知方法，其特征在于，包括：

步骤1)安装权利要求1-2任一项所述的高速公路桥梁结构安全智慧感知设备，位于桥墩上方的感知组件为基准点，位于跨中的感知组件为观测点；

步骤2)当跨中下挠时，对于所述基准点、观测点，所述感知组件的储液筒内部的所有超声波探头逐次从底面向上发射超声波，经过液面反射后同时接收到超声波，形成超声矩阵，求矩，得到所述基准点、观测点的液位高度，作差，得到观测点与基准点的差值，即为跨中挠度。

5.如权利要求4所述的高速公路桥梁结构安全智慧感知方法，其特征在于，还包括：

步骤3)根据所述观测点的液位高度，获得所述超声波传感器组件的所有探测点的空间坐标，计算水面法线的空间角，即为跨中空间倾角。

6.如权利要求5所述的高速公路桥梁结构安全智慧感知方法，其特征在于，步骤3)中计算水面法线的空间角的方式为：

r＝r₀+t(r₁-r₀)+s(r₂-r₀)，

其中，t、s为平面基矢量对，且满足-∞＜t,s＜∞，r₀、r₁、r₂为三个超声波探头的探测点的空间坐标r(x_j,y_j,z_j),j＝0,1,2，r为三个探测点形成的平面的任一点的空间坐标；

n(r-r₀)＝0，n₁(x-x₀)+n₂(y-y₀)+n₃(z-z₀)＝0

其中，n为法向矢量；

根据水面任意两矢量的叉积求出水面法线方程：计算水面法线的空间角即为跨中空间倾角。