基于连通管原理的光电液位挠度监测仪

　　0　引言

　　目前,对桥梁进行远程长期实时的健康监测已经成为国内外桥梁专家研究的一大热点,国内外的许多桥梁都建立了健康监测系统。由于桥梁尺寸大、约束点较多、结构变形复杂,因此,要对桥梁的健康状况进行全面的评估,需要从不同的侧面,如振动、挠度、应变等方面了解桥梁的状态。在表征桥梁健康状况的诸多参数中,桥梁的挠度是反映桥梁健康状况的一个必不可少的指标。用来测量桥梁挠度的传感器有许多种,能完全实现远程实时自动在线监测的此类挠度传感器还不多见,有用全站仪进行远程位移三维坐标的快速测量的方法,但是目前该仪器是人工实时测量,尚无微机自动检测,且价格昂贵;也有用压电电容传感器进行远程位移监测;更新的是用GPS全球卫星定位系统,可对物体的位移进行远程测量,但费用更大[1]。设计一种基于RS-485总线的远程挠度测试系统,能够准确测量大桥多点静态以及动态的挠度,并实现远程数据传输及控制,实时对桥梁的运行状态进行监测,并给出分析报告。与以上几种挠度传感器相比较而言,该系统具有成本低、自动性能好、精度高、非接触、能连续在线监测等优点。

　　1　系统组成及工作原理

　　图1为多点挠度测试仪的整体结构图。该系统为分布式网络传感系统,主要由挠度传感器,挠度位移液体传导, RS-485总线,RS-485以太网网关、设备驱动与数据采集,数据传输网络,上位机监控中心等几部分组成。它可以实现桥梁的远程自动连续的在线监测。设计了基于RS-485总线的分布式挠度测试仪,仅用一根双绞线实现了全桥挠度传感器的互联,最终组成一个分布式的挠度测试网络,检测分布在桥梁多个部位的挠度参数。

　　桥梁的每个跨中和墩顶分别安装挠度传感器,用来检测每个桥跨。为了实现数据远程传输,设计了专门的RS-485转以太网的网关,通过以太网把采集的数据传输到远程的监控中心。监控中心可以修改RS-485通讯的波特率,可以根据挠度传感器的地址信息分别启动检测单元进行数据采集。

　　1. 1　位移的液体传导

　　系统中,每个液体箱可连通若干个挠度传感器,挠度传感器由位移液体传导部分,光学液面位置识别部分,设备驱动与数据采集部分3部分构成。系统使用了连通器的原理,在传感器内部设计一段玻璃管,管子另一头通过长管连通一个水箱,桥梁变形带动水箱移动,系统管子里对应的液面也发生上下移动,透明管中液位的变化能真实准确地反映桥梁的几何变化,从而通过液面的移动来反映桥梁的挠度。实际中、将液体箱置于桥墩处,当桥梁没有挠度变化时桥墩处保持静态不动;当桥梁有挠度变型时,位移液体传导部分就会产生位移变化,此时光学液面识别部分将测得的位移变化信号量传给数据采集部分,由数据采集部分对接收到的信号进行滤波、A/D转换等一系列处理后,将最终的数字信号通过RS-485总线送到以太网关,以太网关将收到的数据桢转化成TCP/IP数据包,通过公共网络传到监控中心。挠度传感系统在桥上的安装方式见图2。