探讨激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用

2014-12-22刘路

科技与创新 2014年23期

刘路

摘要：桥梁挠度作为判定桥梁结构健康状态的重要依据，对其进行定期检测是非常重要的。激光投射式位移传感技术是目前桥梁挠度检测中应用十分广泛的一项技术，不仅操作方便，而且测量速度快，对桥梁整体质量的控制具有重要意义。

关键词：传感技术;桥梁挠度;测量精度;桥梁建设质量

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）23-0060-02

桥梁挠度检测的目的主要是为了检验桥梁的工作性能和施工质量是否达到设计要求。近年来，随着我国桥梁建设数量的不断增加，如何快速、准确地对桥梁挠度进行检测也成为了桥梁建设部门所面临的一项重大课题。传统的检测方法不仅操作复杂，而且测量速度较慢，测量精度也无法得到有效保证。鉴于此，本文介绍了激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用，以期为日后的桥梁挠度检测提供一定的技术支持，确保桥梁建设质量满足设计要求。

1 激光投射式位移传感技术概述

1.1 工作原理

目前，激光投射式位移传感技术已经成为桥梁挠度检测中应用最为广泛的一项技术，其工作原理为：在桥梁结构发生挠度的位置设置一个被测点，利用常规的检测方法测出该点的初始坐标，并利用光学成像镜头将该点的图像信息发送到图像传感器上;然后将采集到的图像信息传输到计算机中，用相应的分析处理软件对图像进行处理;最后利用数字图像处理技术计算被测点的坐标位置，通过比较得出该点的位移变化。

1.2 应用过程中存在的问题

就目前激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用效果来看，其不仅操作简便、测量速度快，而且后期的维护成本也比较低。此外，与传统的测量技术相比，该技术的测量精度也非常高，可达到0.1 mm，因此，深受桥梁建设部门的青睐。然而，随着桥梁结构的不断变化以及相关部门对桥梁挠度检测要求的不断提高，该技术存在的问题也越来越明显，比如无法应用于较大跨径的桥梁挠度测量中。这在一定程度上限制了该项技术的普及和推广。

1.3 改进方法

为了进一步推广激光投射式位移传感技术，必须对问题的原因进行分析。该技术之所以无法应用于较大跨径的桥梁挠度测量中，主要是因为该技术受点激光光源汇聚的效果差和光接受芯片标靶测量面积小而导致的。针对该问题，可以在原有技术的基础上设置高收敛性准直半导体点激光发射器，以此从根本上实现远距离点激光汇聚投射。而对于光接受芯片标靶测量面积小的问题，则可以通过视频采集设备的完善对光斑变化实时监测。采取以上措施，便可以确保激光投射式位移传感技术满足较大跨径桥梁挠度的测量需求，扩大该项技术的应用范围。

2 在桥梁挠度检测中的应用分析

为了更好地对激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中

的应用进行分析，本文以某座桥梁的挠度检测为例，采用改进后的激光投射式位移传感技术开展挠度检测工作，并将其结果与人工精密水准仪的检测结果进行对比，以此来为日后桥梁挠度的检测提供参考依据。

2.1 工程概况

该桥梁是位于国道主干线上的一座较大跨径的桥梁，主桥为120 m+210 m+120 m预应力混凝土连续刚结构。由于该桥梁位置的特殊性，因此，对于该桥梁的挠度检查周期为每半年一次。

2.2 传感器安装

结合桥梁工程的实际情况，在安装传感器的时候，检测单位主要从两个方面着手，即固定激光发射器和安装投影标靶。其中，在固定激光发射器的时候，检测人员需要考虑两个方面的因素，一是要保证激光在投射到标靶的过程中没有任何阻拦;二是要确保传感器测量得出的数据能够将桥梁的挠度变化充分地体现出来。为了能够达到这两个目的，对于激光发射器的固定，应该尽可能地设置在桥梁挠度变化的敏感区域。在安装投影标靶的时候，需要注意的是，由于该装置的功能是负责接收光束，因此，必须确保投影标靶的固定安装。根据桥梁的具体结构，可以将投影标靶安装在桥墩的位置，这样便能保证所测得的数据能够将桥梁挠度变化充分体现出来。与此同时，为了能够将设备所测得的数据在第一时间发送到计算机中，在安装过程中，应该将视频采集的数据线与计算机相连，从而做到及时对数据进行处理，对桥梁挠度的变化进行实时监测。由于本次测量结果需要与精密水准仪的测量结果进行对比，因此，我们将数据采集周期设置为每隔20 min一次。

2.3 精密水准仪测量对比实验

为了确保桥梁挠度检测结果的精度，在利用激光投射式位移传感技术进行检测的同时，我们还利用了精密水准仪对其进行测量。为了更好地进行本次的对比实验，精密水准仪检测方案设置如下：在桥梁跨中和桥墩的位置选取两个基准点，并将钉子钉入两个基准点，然后在此基础上开展测量工作。由于该座桥梁的结构属于高落差、长跨径桥梁，因此，在对桥梁挠度进行测量的时候，要想确保检测结果的可靠性，就必须对高差进行分段测量，并将每段测量的数据结果进行详细分析，从而得出桥梁挠度的变化情况。就该座桥梁的实际高差来看，高差为4 m，因此，本次测量分3段进行，如图1所示。

图1 水准仪测量高差示意图

为了节省测量时间，我们使两种测量方法按照各自的测量步骤同步进行。在实际测量过程中，激光投射式挠度传感器的数据采集周期为每隔20 min一次。为了避免数据采集过程中的外界干扰，每小时去掉一组有效数据。而水准仪测量则计算每组测量数据的回转差值，根据测量规定，回转差值在3 mm之内可作为有效数据进行参考。两组数据的对比情况如图2所示。从图2中我们能够看出，水准仪测量高差范围是-15～10 mm，而激光投射式挠度传感器测量挠度的变化范围则是-1～1 mm。此外，随着温度的不断变化，后者的测量数据比较平稳，而前者数据则呈现出巨大的波动。由此可见，激光投射式挠度传感器的测量精度要远远高于水准仪的测量精度。

图2 对比实验数据分析图

2.4 结果分析

从本次实验中我们可以看出，改进后的激光投射式挠度传感器不仅检测速度快，而且精度较高。同时，突破了以往激光投射式挠度传感器在大跨度桥梁挠度测量中的限制，使其得到了进一步推广和应用。

3 结束语

综上所述，随着我国社会经济发展步伐的不断加快和科技水平的不断进步，激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用必然会越来越广泛。从本文的分析我们能够看出，利用该技术对桥梁挠度进行检测，不仅操作方便、工作效率高，而且测量精度也非常高，因此，技术人员应该对其进行不断的优化和完善，从而使其更好地满足桥梁挠度的检测需求，为我国桥梁建设整体质量的提升提供技术支持。

参考文献

[1]张奔牛，李星星，宋军，等.激光投射式位移传感技术在桥梁挠度检测中的应用研究[J].传感技术学报，2009（05）.

[2]张奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎乌江大桥准直点激光投射式挠度监测系统[J].建筑科学，2011（03）.

[3]袁江，邱自学，邵建新.集成激光位移传感器和编码器的曲面仿形测头研究[J].仪器仪表学报，2010（11）.

[4]靳硕，杨宏海.激光位移传感器高速数据采集与处理系统设计[J].宇航计测技术，2010（06）.

〔编辑：王霞〕

To Explore the Laser Projection Displacement Sensing Technology

in the Application of Bridge Deflection Testing

Liu Lu

Abstract： The bridge deflection as an important basis for determining bridge structure health status， to regular detection is very important. Laser projection displacement sensing technology is the bridge deflection testing of a technology， they are widely used in not only easy to operate， and measuring speed， overall quality control of the bridge is of great significance.

Key words： sensing technology; bridge deflection; measurement accuracy; bridge construction quality