基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統的製作方法

2023-05-29 09:59:16

基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統的製作方法
【專利摘要】一種基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，其創新之處在於：在相鄰兩段梁身表面各設置有一超聲波反射板，兩個超聲波反射板位於伸縮縫所在區域的兩側；在兩個超聲波反射板之間設置有安裝架，安裝架固定在橋墩上；安裝架上設置有兩個超聲波探頭，兩個超聲波探頭的發射區域分別與兩個超聲波反射板的反射區域相對；所述超聲波探頭採用收發一體式的超聲波傳感器。本發明的有益技術效果是：為橋梁與橋墩的相對位移和橋身伸縮縫位移量測量提供了一種新的測量手段，這種新的測量手段所依賴的技術成熟、穩定，可實時高效地對橋梁與橋墩的相對位移和橋身伸縮縫位移量數據進行測量，無需人員現場操作，成本低廉。
【專利說明】基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種橋梁安全監測技術，尤其涉及一種基於物聯網和超聲波的橋梁位 移和伸縮縫寬度遙測系統。
【背景技術】
[0002]橋梁上的梁身與橋墩的相對位移量以及梁身之間的伸縮縫寬度位移量是橋梁健 康監測中的關鍵參數，目前為止，現有技術中還沒有能夠直接測量前述兩種位移量的儀器， 一般都採用人工定期檢測的方式來進行測量，人工檢測的可靠性和靈活性都較差，不僅測 量成本高，而且無法實現實時測量，同時高空作業存在一定安全風險。

【發明內容】

[0003]針對【背景技術】中的問題，本發明提出了一種基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸 縮縫寬度遙測系統，包括鋪設在橋墩上的多段梁身，相鄰兩段梁身端面之間設置有伸縮縫， 其創新之處在於:在相鄰兩段梁身表面各設置有一超聲波反射板，兩個超聲波反射板位於 伸縮縫所在區域的兩側；在兩個超聲波反射板之間設置有安裝架，安裝架固定在橋墩上； 安裝架上設置有第一超聲波探頭和第二超聲波探頭，第一超聲波探頭的發射區域與第一超 聲波反射板的反射區域相對，第二超聲波探頭的發射區域與第二超聲波反射板的反射區域 相對；所述超聲波探頭採用收發一體式的超聲波傳感器(當然也可採用收發不集成的超聲 波傳感器)。值得說明的是:本領域技術人員應該清楚，超聲波探測存在短距探測盲區，故在 設置超聲波探頭和超聲波反射板時，應該使二者之間的距離大於短距探測盲區的長度。
[0004]前述裝置的工作原理是:從前述方案中可看出，超聲波反射板設置在梁身上，當梁 身出現位移時，超聲波反射板也會隨之移動；超聲波探頭設置於安裝架上，安裝架又固定在 橋墩上，故超聲波探頭的位置不會因梁身位移而出現變化，因此超聲波反射板與超聲波探 頭之間的距離變化量實際上就反應了梁身的位移變化量；當裝置安裝好後，先對超聲波探 頭和超聲波反射板之間的距離進行標定，以獲取初始距離數據；後續監測過程中，當需要測 量梁身與橋墩之間的位移量時，對應的超聲波探頭向對應的超聲波反射板發射超聲波信號 並接收反射回的回波信號，然後通過通信線纜將測量數據發送至遠程處理終端，處理終端 通過計算出發射時間和接收時間之間的時間差即可知道超聲波反射板和超聲波探頭之間 的當前距離，將當前距離與前期獲取到的初始距離數據進行求差，即可知道梁身與橋墩之 間的位移量；當需要測量相鄰兩段梁身之間的伸縮縫寬度變化量時，只需要分別測量出超 聲波探頭和兩個超聲波反射板之間的距離後，經過簡單的計算就能得到；
採用本發明方案後，無需測量人員到場，本發明的測量裝置可自動完成對位移數據的 測量，並且具有測量實時性強、測量成本低的優點，同時本發明還具有結構簡單設置方便的 特點，可方便地在現役橋梁上加裝(也可在新建橋梁時直接設置)。
[0005]超聲波測量技術是現有的常用技術，本發明對於現有技術的貢獻並不在於測量技 術本身，正如【背景技術】中所述的，現有技術中還沒有相應裝置可以實時、方便、快捷地完成橋梁梁身相對橋墩的位移和梁身之間的伸縮縫變化量的測量，現有的測量手段需要技術人 員攀爬至相應位置進行手動測量，操作十分麻煩，且存在一定危險性，難以實時地、高頻次 地獲取到測量數據，而本發明的方案正好解決了現有技術中缺乏相應手段的問題。
[0006]為了提高測量數據的準確性以及保證裝置長期穩定運行，本發明還作了如下改 進:所述第一超聲波探頭的數量為多個；第二超聲波探頭的數量為多個。當兩種超聲波探 頭都採用多個後，可以起到如下好處:首先，同種類的多個超聲波探頭可同時工作，後期數 據處理時，可對採集到的多個測量數據求取平均值以降低測量誤差；其次，多個超聲波探 頭可互為備用，當有超聲波探頭失效後，其餘超聲波探頭可繼續工作，保證裝置長期穩定運 行。
[0007]為了擴展本發明的功能，發明人還對前述方案作了如下改進:所述安裝架上還設 置有通信模塊，通信模塊將超聲波探頭採集到的信號轉換為無線信號後向外發送，信號發 送的目的端為與本系統配套使用的數據接收伺服器，管理者可通過操作客戶端軟體對橋梁 監測數據進行讀取、顯示和分析操作。採用通信模塊後，可利用成熟的無線通信技術構建針 對橋梁結構的物聯網絡，從而對橋梁進行實時高效的安全監測。
[0008]優選地，所述超聲波反射板和超聲波探頭沿水平方向分布。
[0009]為了便於安裝和維修，優選地，所述超聲波反射板和超聲波探頭設置於水平方向 上梁身的外側面上。
[0010]橋梁上一般都安裝有道路照明系統，本發明的裝置可就近採用為道路照明系統供 電的市電供電(也可單獨設計供電線路)，但如果在現役橋梁上實施本發明方案時，可能需 要改變其原有的供電系統，十分麻煩，故還可將本系統與太陽能供能技術結合以實現裝置 自供能，具體方案為:所述超聲波探頭採用太陽能電池板供能，太陽能電池板設置於橋身 上。
[0011]本發明的有益技術效果是:為橋梁與橋墩的相對位移和橋身伸縮縫位移量測量提 供了一種新的測量手段，這種新的測量手段所依賴的技術成熟、穩定，可實時高效地對橋梁 與橋墩的相對位移和橋身伸縮縫位移量數據進行測量，無需人員現場操作，成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1、本發明的結構示意圖；
圖中各個標記所對應的裝置分別為:橋墩1、梁身2、超聲波反射板3、超聲波探頭4、太 陽能電池板5、安裝架6、伸縮縫7。
【具體實施方式】
[0013]一種基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，包括鋪設在橋墩上 的多段梁身2，相鄰兩段梁身2端面之間設置有伸縮縫，其創新在於:在相鄰兩段梁身2表 面各設置有一超聲波反射板3，兩個超聲波反射板3位於伸縮縫所在區域的兩側；在兩個超 聲波反射板3之間設置有安裝架，安裝架固定在橋墩上；安裝架上設置有第一超聲波探頭4 和第二超聲波探頭4，第一超聲波探頭4的發射區域與第一超聲波反射板3的反射區域相 對，第二超聲波探頭4的發射區域與第二超聲波反射板3的反射區域相對；所述超聲波探頭 4採用收發一體式的超聲波傳感器。[0014]進一步地，所述第一超聲波探頭4的數量為多個；第二超聲波探頭4的數量為多 個。
[0015]進一步地，所述安裝架上還設置有通信模塊，通信模塊將超聲波探頭4採集到的 信號轉換為無線信號後向外發送。
[0016]進一步地，所述超聲波反射板3和超聲波探頭4沿水平方向分布。
[0017]進一步地，所述超聲波反射板3和超聲波探頭4設置於水平方向上梁身2的外側 面上。
[0018]進一步地，所述超聲波探頭4採用太陽能電池板供能，太陽能電池板設置於橋身 上。
【權利要求】
1.一種基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，包括鋪設在橋墩上的多段梁身(2)，相鄰兩段梁身(2)端面之間設置有伸縮縫，其特徵在於:在相鄰兩段梁身(2) 表面各設置有一超聲波反射板(3)，兩個超聲波反射板(3)位於伸縮縫所在區域的兩側；在兩個超聲波反射板(3)之間設置有安裝架，安裝架固定在橋墩上；安裝架上設置有第一超聲波探頭(4)和第二超聲波探頭(4)，第一超聲波探頭(4)的發射區域與第一超聲波反射板(3)的反射區域相對，第二超聲波探頭(4)的發射區域與第二超聲波反射板(3)的反射區域相對；所述超聲波探頭(4)採用收發一體式的超聲波傳感器。
2.根據權利要求1所述的基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，其特徵在於:所述第一超聲波探頭(4)的數量為多個；第二超聲波探頭(4)的數量為多個。
3.根據權利要求1所述的基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，其特徵在於:所述安裝架上還設置有通信模塊，通信模塊將超聲波探頭(4)採集到的信號轉換為無線信號後向外發送。
4.根據權利要求1所述的基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，其特徵在於:所述超聲波反射板(3 )和超聲波探頭(4 )沿水平方向分布。
5.根據權利要求1所述的基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，其特徵在於:所述超聲波反射板(3)和超聲波探頭(4)設置於水平方向上梁身(2)的外側面上。
6.根據權利要求1所述的基於物聯網和超聲波的橋梁位移和伸縮縫寬度遙測系統，其特徵在於:所述超聲波探頭(4)採用太陽能電池板供能，太陽能電池板設置於橋 身上。
【文檔編號】G08C17/02GK103604393SQ201310657533
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】朱濤, 張敬棟, 史磊磊 申請人:重慶大學