[发明专利]高速公路桥梁结构安全智慧感知设备及方法

说明书

本发明公开了一种高速公路桥梁结构安全智慧感知设备，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；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。本发明还公开一种高速公路桥梁结构安全智慧感知方法。本发明实现传感器自身的局部校准，消除系统误差，具有较高的精度及可靠性。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高速公路桥梁结构安全智慧感知设备及方法。

背景技术

传统的桥梁结构健康监测系统布设有大量的传感器，用来感知桥梁结构的裂缝、变形、环境温湿度、结构温湿度、车辆荷载等信息。桥梁结构的使用寿命通常为50-100年，而传感器受力于钢材，在长期工作过程中会受到环境、故障、未知输入、自身材料退化等因素的影响，钢结构的松弛致使采集的监测数据中不可避免的存在系统误差，严重影响了数据采集的精度和长期可靠性，降低了传感器的有效使用寿命。

国内外围绕提高传感器数据精度及可靠性，广泛采用多传感器数据融合校对。数据融合的技术着眼于多传感器之间的校对，能够减少偶然误差，但无法校准和消除系统误差，无法逆转长期系统误差造成的精度损失。为了保证传感器能准确反应结构的真实状态，对传感器进行自校准有重要意义。所谓自校准即在校准目标和特定校准程序未知情况下，采用内部及外部传感器推断监测目标值。采用自校准方法的目的在于消除显著、冗余和某些情况下无法进行校准的自动化应用，来保证长期自动化操作。自校准是结构健康监测系统不可或缺的重要组成部分，需要研究精确，高效和强健的自校准方法。

结构的挠度和空间倾角是桥梁刚度特性的重要指标。挠度和倾角的变化特征反映了结构的健康状态，因而是桥梁监测的重要指标。当前主要采用基于振弦或者光纤传感器的连通管对挠度进行监测；采用微机电传感器(MEMS)测量结构倾角，尚无采用超声方法进行倾角测量的传感器。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高速公路桥梁结构安全智慧感知设备及方法，其实现传感器自身的局部校准，消除系统误差，具有较高的精度及可靠性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高速公路桥梁结构安全智慧感知设备，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。

优选的是，所述超声波传感器组件包括三个超声波探头。

优选的是，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。

高速公路桥梁结构安全智慧感知方法，包括：

步骤1)安装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；