阅读说明：本技术 桥梁支座位移监测系统及方法 (Bridge support displacement monitoring system and method ) 是由 周鑫 朱明� 范景祥 田刚 *** 赵伟斌 贺兵强 朱小峰 童喆敏 张长生 龚正 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种桥梁支座位移监测系统及方法,所述系统包括服务器及至少一监测终端,所述服务器分别连接各监测终端；监测终端包括控制电路、姿态获取模块、通讯模块及电源模块；控制电路分别连接姿态获取模块及通讯模块；电源模块分别连接控制电路、姿态获取模块及通讯模块,为其提供工作所需的电能；姿态获取模块设置于对应支座辊轴,用以获取对应支座辊轴的姿态信息；服务器包括监测模块,获取各监测终端获取的数据,并根据各监测终端中姿态获取模块获取的姿态信息计算支座辊轴偏离的弧长数据,从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。本发明提出的桥梁支座位移监测系统及方法,可实时监测桥梁支座是否处于危险状态,能即时报警。(The invention discloses a system and a method for monitoring displacement of a bridge bearing, wherein the system comprises a server and at least one monitoring terminal, and the server is respectively connected with each monitoring terminal; the monitoring terminal comprises a control circuit, an attitude acquisition module, a communication module and a power supply module; the control circuit is respectively connected with the attitude acquisition module and the communication module; the power supply module is respectively connected with the control circuit, the attitude acquisition module and the communication module and provides electric energy required by work for the attitude acquisition module and the communication module; the attitude acquisition module is arranged on the corresponding support roller shaft and used for acquiring attitude information of the corresponding support roller shaft; the server comprises monitoring modules, the data acquired by each monitoring terminal are acquired, arc length data of the deviation of the support roller shaft are calculated according to the attitude information acquired by the attitude acquisition modules in each monitoring terminal, and accordingly the numerical value of the deviation displacement of the corresponding support roller shaft is acquired. The bridge support displacement monitoring system and method provided by the invention can monitor whether the bridge support is in a dangerous state in real time and can give an alarm in real time.)

桥梁支座位移监测系统及方法

技术领域

本发明属于桥梁监测技术领域，涉及一种桥梁监测系统，尤其涉及一种桥梁支座位移监测系统及方法。

背景技术

作为交通系统的组成部分，桥梁在人类文明的发展和演化中起到了重要作用。随着现代科技的发展以及运输需求的不断增长，大型桥梁(如跨海大桥、大跨度桥梁等)越来越多的出现在人们的视野中，这些桥梁造价动辄几亿甚至几十亿元，在交通、军事和社会生活等方面有着重要的战略意义。

然而，桥梁在建造和使用过程中，由于受到环境、有害物质的侵蚀，车辆、风、地震、疲劳、人为因素等作用，以及材料自身性能的不断退化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修轻则影响行车安全和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌。

如果对桥梁的病害估计不足，就很可能失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，缩短桥梁的服务寿命。如果对桥梁的病害估计过高，便会造成不必要的资金浪费，使得桥梁的承载能力不能充分发挥。

目前比较直接监测损伤和劣化的方式就是测量位移量(支座转动的弧长)，每桥墩上下行两边每周2次人工测量，人工手动输入电脑制作成报表报铁路管路部门。人工测量存在误差大，基准位难确定，报警不及时，工作量大，测量人员易发生事故等缺点。

由此可见，传统的桥梁检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，往往对桥梁特别是大型桥梁的状况缺乏全面的把握和了解，信息得不到及时反馈。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的桥梁位移监测方式，以便克服现有桥梁位移监测方式存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种桥梁支座位移监测系统及方法，可实时监测桥梁支座是否处于危险状态，能即时报警。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种桥梁支座位移监测系统，所述系统包括：服务器及至少一监测终端，各监测终端通过无线通讯模块连接所述服务器；

所述桥梁支座包括上摆、下摆、牙板、底板、若干辊轴及连接板；所述上摆与下摆连接，下摆设有牙板槽，通过牙板槽能与对应牙板连接；至少部分辊轴连接有牙板，各牙板的上端连接所述下摆，下端连接底板；各辊轴通过至少两个连接板连接；至少一个辊轴设有角度传感器，用以感应辊轴的倾斜角度信息；

所述监测终端包括控制电路、姿态获取模块、第一温度传感器、第二温度传感器、通讯模块及电源模块；所述控制电路分别连接姿态获取模块、第一温度传感器、第二温度传感器及通讯模块；

所述电源模块分别连接控制电路、姿态获取模块、第一温度传感器、第二温度传感器及通讯模块，为其提供工作所需的电能；

所述姿态获取模块设置于对应支座辊轴，用以获取对应支座辊轴的姿态信息；所述姿态获取模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘、倾角传感器；所述姿态获取模块用以获取出重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角数值；

所述第一温度传感器设置于所述支座辊轴，用以感应所述支座辊轴的温度；所述第二温度传感器用以感应环境温度；

所述服务器包括监测模块，所述监测模块获取各监测终端获取的数据；所述监测模块包括偏离位移修正单元，用以根据所述第一温度传感器、所述第二温度传感器及姿态获取模块感应的数据修正偏离位移信息；通过修正参数表修正，修正参数表中记录有各支座辊轴温度、各环境温度、各夹角数值对应的夹角数值修正信息；

所述监测模块根据所述偏离位移修正单元获取的夹角数值修正信息计算支座辊轴偏离的弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值；

各监测终端分别设置于桥墩，各监测终端通过ZigBee无线通信中转方案实现数据从一个桥墩发往另一个桥墩，直到最后一个桥墩；设置于最后一个桥墩的监测终端通过无线通讯方式发送至服务器。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种桥梁支座位移监测系统，所述系统包括：服务器及至少一监测终端，所述服务器分别连接各监测终端；

所述监测终端包括控制电路、姿态获取模块、通讯模块及电源模块；所述控制电路分别连接姿态获取模块及通讯模块；所述电源模块分别连接控制电路、姿态获取模块及通讯模块，为其提供工作所需的电能；

所述姿态获取模块设置于对应支座辊轴，用以获取对应支座辊轴的姿态信息；

所述服务器包括监测模块，获取各监测终端获取的数据，并根据各监测终端中姿态获取模块获取的姿态信息计算支座辊轴偏离的弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。

作为本发明的一种实施方式，所述姿态获取模块用以获取出重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角数值。

作为本发明的一种实施方式，所述姿态获取模块包括倾角传感器，所述倾角传感器用以获取对应支座辊轴轴心与设定参照的夹角数值。

作为本发明的一种实施方式，所述监测终端通过无线通讯模块连接所述服务器。

作为本发明的一种实施方式，所述监测终端还包括第一温度传感器及第二温度传感器；所述第一温度传感器设置于所述支座辊轴，用以感应所述支座辊轴的温度；所述第二温度传感器用以感应环境温度；

所述监测模块包括偏离位移修正单元，用以根据所述第一温度传感器、所述第二温度传感器及姿态获取模块感应的数据修正偏离位移信息；通过修正参数表修正，修正参数表中记录有各支座辊轴温度、各环境温度、各姿态信息对应的偏离位移信息。

作为本发明的一种实施方式，各监测终端分别设置于桥墩，各监测终端通过ZigBee无线通信中转方案实现数据从一个桥墩发往另一个桥墩，直到最后一个桥墩；在最后一个桥墩通过无线通讯方式发送至服务器。

作为本发明的一种实施方式，所述服务器进一步包括：

报警动态监测模块，用以实现动态监测各支座辊轴倾斜角度、转换成弧长的数值、各支座辊轴的温度以及环境温度，如果异常以红色显示报警信息，并选择声音报警；

图形统计模块，用以提供按条件检索数据库，并能将检索结果以图形方式输出，并将查询数据导入设定文件中。

作为本发明的一种实施方式，所述桥梁支座包括上摆、下摆、牙板、底板、若干辊轴及连接板；所述上摆与下摆连接，下摆设有牙板槽，通过牙板槽能与对应牙板连接；至少部分辊轴连接有牙板，各牙板的上端连接所述下摆，下端连接底板；各辊轴通过至少两个连接板连接；至少一个辊轴设有角度传感器，用以感应辊轴的倾斜角度信息。

根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种桥梁支座位移监测方法，其特征在于，所述方法包括：

姿态获取模块获取对应支座辊轴的姿态信息；

获取各监测终端获取的数据，并根据各姿态获取模块获取的支座辊轴的姿态信息计算弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。

本发明的有益效果在于：本发明提出的桥梁支座位移监测系统及方法，可实时监测桥梁支座是否处于危险状态，能即时报警。

附图说明

图1为本发明一实施例中桥梁支座位移监测系统的组成示意图。

图2为本发明一实施例中桥梁支座位移监测方法的流程图。

图3为本发明一实施例中桥梁支座的结构示意图。

图4为本发明一实施例中控制电路的电路示意图。

图5为本发明一实施例中USB接口电路的电路示意图。

图6为本发明一实施例中显示电路的电路示意图。

图7为本发明一实施例中倾角传感器的电路示意图。

图8为本发明一实施例中第一温度传感器的电路示意图。

图9为本发明一实施例中第二温度传感器的电路示意图。

图10为本发明一实施例中存储电路的电路示意图。

图11为本发明一实施例中按键电路的电路示意图。

图12为本发明一实施例中电源稳压电路的电路示意图。

图13为本发明一实施例中电池充电管理电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。

本发明揭示了一种桥梁支座位移监测系统，所述系统包括：服务器及至少一监测终端，所述服务器分别连接各监测终端；所述监测终端包括控制电路、姿态获取模块、通讯模块及电源模块；所述控制电路分别连接姿态获取模块及通讯模块；所述电源模块分别连接控制电路、姿态获取模块及通讯模块，为其提供工作所需的电能。所述姿态获取模块设置于对应支座辊轴，用以获取对应支座辊轴的姿态信息。所述服务器包括监测模块，获取各监测终端获取的数据，并根据各监测终端中姿态获取模块获取的姿态信息计算支座辊轴偏离的弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。

图1为本发明一实施例中桥梁支座位移监测系统的组成示意图；请参阅图1，所述系统包括：服务器2及至少一监测终端1，所述服务器2分别连接各监测终端1。

所述监测终端1包括控制电路11、姿态获取模块12、通讯模块13及电源模块14；所述控制电路11分别连接姿态获取模块12及通讯模块13；所述电源模块14分别连接控制电路11、姿态获取模块12及通讯模块13，为其提供工作所需的电能。在一实施例中，所述通讯模块13包括无线通讯模块，所述监测终端1通过无线通讯模块连接所述服务器2。在本发明的一实施例中，所述通讯模块包括ZigBee通讯模块；各监测终端分别设置于桥墩，各监测终端通过ZigBee无线通信中转方案实现数据从一个桥墩发往另一个桥墩，直到最后一个桥墩；在最后一个桥墩通过无线通讯方式(可以为Wifi、3G、4G、5G等通讯方式)发送至服务器。

所述姿态获取模块12设置于对应支座辊轴，用以获取对应支座辊轴的姿态信息。在本发明的一实施例中，所述姿态获取模块12包括三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘、倾角传感器中的至少一种。在一实施例中，所述姿态获取模块12包括倾角传感器，所述倾角传感器用以获取对应支座辊轴轴心与设定参照的夹角数值。在另一实施例中，所述倾角传感器用以获取出重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角数值。

图3为本发明一实施例中桥梁支座的结构示意图；请参阅图3，在本发明的一实施例中，所述桥梁支座3包括上摆31、下摆32、牙板33、底板34、若干辊轴35及连接板36；所述上摆31与下摆32连接，下摆32设有牙板槽321，通过牙板槽321能与对应牙板33连接；至少部分辊轴35连接有牙板33，各牙板33的上端连接所述下摆32，下端连接底板34；各辊轴35通过至少两个连接板36连接，各牙板33通过螺钉331连接所述连接板36(不设置牙板33的辊轴35通过螺钉连接所述连接板36)。至少一个辊轴35设有角度传感器12，用以感应辊轴的倾斜角度信息。

此外，在本发明的一实施例中，所述监测终端1还可以包括第一温度传感器15及第二温度传感器16；所述第一温度传感器15设置于所述支座辊轴，用以感应所述支座辊轴的温度；所述第二温度传感器16用以感应环境温度。

所述服务器2包括监测模块21，获取各监测终端1获取的数据，并根据各监测终端1中倾角传感器12获取的倾斜角度信息计算弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。

所述监测模块21包括偏离位移修正单元，用以根据所述第一温度传感器15、第二温度传感器16及姿态获取模块12感应的数据修正偏离位移信息；通过修正参数表修正，修正参数表中记录有各支座辊轴温度、各环境温度、各姿态信息对应的偏离位移信息。

在一实施例中，偏离位移修正单元用以根据所述第一温度传感器15、所述第二温度传感器16及姿态获取模块12感应的数据修正偏离位移信息；通过修正参数表修正，修正参数表中记录有各支座辊轴温度、各环境温度、各夹角数值对应的夹角数值修正信息。所述监测模块21根据所述偏离位移修正单元获取的夹角数值修正信息计算支座辊轴偏离的弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。

请参阅图2，在本发明的一实施例中，所述服务器2还可以包括：报警动态监测模块22、图形统计模块23。报警动态监测模块22用以实现动态监测各支座辊轴倾斜角度、转换成弧长的数值和各支座辊轴的温度以及环境温度，如果异常以红色显示报警信息，并可以选择声音报警。图形统计模块23用以提供按条件检索数据库，并能将检索结果以图形方式输出，并将查询数据导入设定文件中。

在一实施例中，监测模块21根据姿态获取模块12获取的数据计算对应偏离位移动态变化(包括单位时间内的偏移量)、偏离位移最大变化，并与设定阈值进行比较，判断是否发送报警信号。在另一实施例中，所述监测模块21根据所述偏离位移修正单元修正的数据计算对应偏离位移动态变化、偏离位移最大变化，并与设定阈值进行比较，判断是否发送报警信号。

此外，监测终端1还可以包括USB接口电路、存储电路、按键电路、电源稳压电路及电池充电管理电路。

图4为本发明一实施例中控制电路的电路示意图；请参阅图4，在本发明的一实施例中，控制电路包括PIC单片机，当然也可以采用其他芯片结构。

图5为本发明一实施例中USB接口电路的电路示意图；请参阅图5，在本发明的一实施例中，USB接口电路包括第一芯片U1、若干二极管、电容及若干电阻。当然，也可以采用其他USB电路。

图6为本发明一实施例中显示电路的电路示意图；请参阅图6，在本发明的一实施例中，显示电路包括LCD-12864显示屏、三极管Q1、若干电阻等。当然，也可以采用其他显示电路。

图7为本发明一实施例中倾角传感器的电路示意图；请参阅图7，在本发明的一实施例中，倾角传感器包括第三芯片U3、第五电容C5、第二电阻R2；当然，也可以采用其他倾角传感器电路。

图8为本发明一实施例中第一温度传感器的电路示意图；请参阅图8，在本发明的一实施例中，第一温度传感器包括第五芯片U5、第二二电阻R22。当然，也可以采用其他温度传感器电路结构。

图9为本发明一实施例中第二温度传感器的电路示意图；请参阅图9，在本发明的一实施例中，第二温度传感器包括第六芯片U6、第二三电阻R23。当然，也可以采用其他温度传感器电路结构。

图10为本发明一实施例中存储电路的电路示意图；请参阅图10，在本发明的一实施例中，存储电路包括第四芯片U4、第一一电阻R11、第一二电阻R12。当然，也可以采用其他存储电路结构。

图11为本发明一实施例中按键电路的电路示意图；请参阅图11，在本发明的一实施例中，按键电路采用图11所述的电路结构；当然，也可以采用其他按键电路结构。

图12为本发明一实施例中电源稳压电路的电路示意图；请参阅图12，在本发明的一实施例中，电源稳压电路采用图12所述的电路结构，电源稳压电路包括第七芯片U7、若干电容。当然，也可以采用其他电源稳压电路结构。

图13为本发明一实施例中电池充电管理电路的电路示意图；请参阅图13，在本发明的一实施例中，电池充电管理电路采用图13所述的电路结构，电池充电管理电路包括第二芯片U2、第二晶振Y2、锂电池。当然，也可以采用其他电池充电管理电路结构。

本发明还揭示一种桥梁支座位移监测方法，所述方法包括：

步骤S1、姿态获取模块获取对应支座辊轴的姿态信息；

步骤S2、获取各监测终端获取的数据，并根据各姿态获取模块获取的支座辊轴的姿态信息计算弧长数据，从而获取对应支座辊轴偏离位移的数值。

综上所述，本发明提出的桥梁支座位移监测系统及方法，可实时监测桥梁支座是否处于危险状态，能即时报警。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。