阅读说明：本技术 一种桥梁伸缩缝监测装置 (Bridge expansion joint monitoring devices ) 是由 郑万山 刘怀林 高文军 唐光武 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及桥梁监测技术领域,具体公开了一种桥梁伸缩缝监测装置,包括,采集模块,用于采集车辆驶过伸缩缝时的声波信号,对声波信号进行增益放大并转换为数字信号；分析模块,包括存储单元和处理单元,存储单元中预存有正常状态频谱；处理单元通过快速傅里叶变换的方法绘制数字信号的待分析频谱,对比待分析频谱与正常状态频谱,判断伸缩缝的状态,并生成状态信息。采用本发明的技术方案能对伸缩缝接合件是否损坏进行监测。(The invention relates to the technical field of bridge monitoring, and particularly discloses a bridge expansion joint monitoring device which comprises an acquisition module, a control module and a display module, wherein the acquisition module is used for acquiring a sound wave signal when a vehicle drives through an expansion joint, performing gain amplification on the sound wave signal and converting the sound wave signal into a digital signal; the analysis module comprises a storage unit and a processing unit, and the normal state frequency spectrum is prestored in the storage unit; the processing unit draws a frequency spectrum to be analyzed of the digital signal by a fast Fourier transform method, compares the frequency spectrum to be analyzed with a normal state frequency spectrum, judges the state of the expansion joint and generates state information. By adopting the technical scheme of the invention, whether the expansion joint connecting piece is damaged or not can be monitored.)

一种桥梁伸缩缝监测装置

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，特别涉及一种桥梁伸缩缝监测装置。

背景技术

为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置桥梁伸缩缝。由于车流量、车速、车辆荷载不断提高以及桥梁在施工中遗留有某些小问题，使桥梁伸缩缝的损坏非常普遍。一般伸缩缝损坏后，人们不能及时发现，如果损坏的地方不明显，即使进行定期的检查也很难发现，而桥梁伸缩缝接合件的损坏会造成车辆行驶时颠簸不止，噪声扰人，咯噔咯噔的跳车现象加重，而且危及桥梁的安全和桥梁的使用寿命。

因此，公开号为CN106840064A的中国专利公开了一种桥梁伸缩缝位移监测装置，桥梁伸缩缝一侧有第一梁板而另一侧有第二梁板，包括水平弹簧体、微处理器、预警装置、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器、贴合固设于第一梁板端面的第一型钢，贴合固设于第二梁板端面的第二型钢，第一型钢设有第一凹口槽，第二型钢设有第二凹口槽，第一拉压力传感器内嵌于第一凹口槽内，第二拉压力传感器内嵌于第二凹口槽内，第一拉压力传感器通过弹簧体与第二拉压力传感器相连，第一拉压力传感器和第二拉压力传感器均通过微处理器与预警装置电连接。

上述方案能对伸缩缝平行和垂直于桥梁轴线方向的位移量精准检测，但是，当伸缩缝平行和垂直于桥梁轴线方向的位移量没有发生变化而伸缩缝接合件部分损坏时，却不能检测出来，不利于伸缩缝的及时维修，长期下去容易造成损坏部位的扩大。

为此，需要一种能对伸缩缝接合件是否损坏进行监测的装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种桥梁伸缩缝监测装置。

本发明技术方案如下：

一种桥梁伸缩缝监测装置，包括，

采集模块，用于采集车辆驶过伸缩缝时的声波信号，对声波信号进行增益放大并转换为数字信号；

分析模块，包括存储单元和处理单元，存储单元中预存有正常状态频谱；处理单元通过快速傅里叶变换的方法绘制数字信号的待分析频谱，对比待分析频谱与正常状态频谱，判断伸缩缝的状态，并生成状态信息。

基础方案原理及有益效果如下：

当伸缩缝平行或垂直于桥梁轴线的方向发生位移时,会导致伸缩缝发生变化,当车辆驶过发生变化的伸缩缝时,声波信号和正常情况下会有所不同。本方案通过采集声波信号，对桥梁伸缩缝进行监测，能有效掌握伸缩缝的工作状态，判别伸缩缝的变化状况。而且，当伸缩缝的接合件出现问题时，车辆驶过伸缩缝时,声波信号也和正常情况下会有不同，也能够及时发现，便于工作人员及时维修，能保证车辆行驶安全及桥梁使用安全。而且本方案使用方便且可靠。

进一步，所述处理单元对数字信号的频谱进行分析处理前，还对数字信号进行消除背景噪音处理。

通过消除背景噪音处理，能降低背景噪音的干扰，提高判断的准确性。

进一步，所述采集模块包括麦克风、增益放大器和模数转换器。

通过增益放大器对麦克风采集的声波信号进行放大，便于后续的对比。

进一步，所述麦克风固定在桥梁伸缩缝的下方。

桥梁伸缩缝下方空间大，对安装位置的限制较小，同时也不会对车辆行驶造成影响。

进一步，还包括通讯模块、远程处理模块和终端模块；通信模块用于将状态信息发送至远程处理模块，远程处理模块对状态信息进行处理后发送至终端模块。

通过通讯模块和远程处理模块，能及时将桥梁伸缩缝的状态发送至工作人员的终端模块上，当工作人员通过终端模块查看到桥梁伸缩缝的状态时，能及时判断是否需要进行处理。

进一步，所述通信模块还用于将待分析频谱发送至远程处理模块，终端模块用于向远程处理模块发送伸缩缝实际故障信息，远程处理模块将待分析频谱与伸缩缝实际故障信息进行匹配并存储。

出于成本和运行环境的考虑，在桥梁伸缩缝附近设置的分析模块的运算能力比不上远程处理模块，分析模块也只能对状态进行简单的分析判断，但是有的桥梁地处偏远，可能未在通信覆盖范围内或者自然灾害导致通信中断，待分析频谱无法直接发送至远程处理模块进行处理，只有工作人员去现场查看分析模块的处理结果，这也使得设置分析模块进行简单分析判断是十分必要的。但是在通信覆盖良好的情况下，远程处理模块因为更强的计算能力，可以实现更为复杂的计算。初期，工作人员到现场处理故障时，通过终端模块将现场了解到的实际故障信息发送至远程处理模块，远程处理模块将待分析频谱与伸缩缝实际故障信息进行匹配，长期运行，积累一定的数据量之后，远程处理模块就能够利用已匹配的待分析频谱与伸缩缝实际故障信息，***伸缩缝实际故障，使工作人员到现场前就进行充分的准备。

进一步，所述状态信息包括正常和异常。

只进行正常和异常的判断，对处理单元性能要求较低，能有效控制成本。

进一步，所述处理单元对比待分析频谱与正常状态频谱时，若二者的相似度大于预设的第一相似度阈值，则判断状态为正常。

基于第一相似度阈值进行判断，能提高判断的速度。

进一步，所述麦克风的数量不少于两个。

便于采集更为丰富的声波信号。

进一步，所述麦克风包括采集麦克风和降噪麦克风。

设置降噪麦克风便于进行降噪处理。

附图说明

图1为实施例一采集麦克风和降噪麦克风的安装位置示意图；

图2为一种桥梁伸缩缝监测装置实施例二的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：

伸缩缝1、采集麦克风2、降噪麦克风3。

实施例一

一种桥梁伸缩缝监测装置，包括采集模块和分析模块。

如图1所示，采集模块包括麦克风、增益放大器和模数转换器。麦克风的数量不少于两个，至少包括一个采集麦克风2和一个降噪麦克风3。本实施例中,麦克风的数量为两个。采集麦克风2和降噪麦克风3均通过螺钉固定在桥梁伸缩缝1的下方。其中，采集麦克风2靠近伸缩缝1，降噪麦克风3远离伸缩缝1。

采集麦克风2和降噪麦克风3均用于采集车辆驶过伸缩缝1时的声波信号，增益放大器与采集麦克风2和降噪麦克风3通过数据线连接；增益放大器用于对声波信号进行增益放大，模数转换器与增益放大器通过数据线连接，模数转换器用于将增益放大后的声波信号转换为数字信号。对声波信号的增益放大和模数转换属于现有技术，本领域技术人员可以根据实际情况选用合适的增益放大器和模数转换器，这里不再赘述。

分析模块包括存储单元和处理单元，存储单元中预存有正常状态频谱；处理单元对数字信号进行消除背景噪音处理。

消除背景噪音的具体过程为：获取采集麦克风2与声波源间的第一实际距离、降噪麦克风3与声波源间的第二实际距离。利用第一实际距离和第二实际距离，对存储单元中预存的初始降噪参数进行实时调整，得到自适应降噪参数，并根据自适应降噪参数，对数字信号进行降噪处理。消除背景噪音的处理为现有技术，本实施例中只介绍其中一种实现方式，在其他实施例中，也可以通过其他方式进行处理。

处理单元对数字信号进行消除背景噪音处理之后，通过快速傅里叶变换的方法绘制数字信号的待分析频谱，对比待分析频谱与正常状态频谱，判断伸缩缝1的状态，并生成状态信息，状态信息包括正常和异常。若二者的相似度大于预设的第一相似度阈值，则判断状态为正常。若二者的相似度小于或等于预设的第一相似度阈值，则判断状态为异常。本实施例中，处理单元采用stm32H7单片机，该单片机有着较强的处理能力，存储单元采用eMMC芯片。

当伸缩缝1平行或垂直于桥梁轴线的方向发生位移或伸缩缝1的接合件出现问题时,会导致伸缩缝1发生变化,当车辆驶过发生变化的伸缩缝1时,声波信号和正常情况下会有不同。本方案通过采集声波信号，对桥梁伸缩缝1进行监测，能有效掌握伸缩缝1的工作状态，判别伸缩缝1的变化状况，便于工作人员及时维修，能保证车辆行驶安全及桥梁使用安全。

实施例二

如图2所示，一种桥梁伸缩缝监测装置，与实施例一的区别之处在于：还包括通讯模块、远程处理模块和终端模块。

通信模块与处理单元信号连接，通信模块用于将状态信息和待分析频谱发送至远程处理模块。本实施例中，通信模块采用4G网络通信模块。

远程处理模块对状态信息进行处理后发送至终端模块。远程处理模块为自建服务器、阿里云服务器或者腾讯云服务器中的一种。本实施例中，采用腾讯云服务器。

终端模块还用于向远程处理模块发送伸缩缝1实际故障信息，远程处理模块将待分析频谱与伸缩缝1实际故障信息进行匹配并存储。远程处理模块还用于将新接收的待分析频谱与已存储的待分析频谱进行匹配，若二者的相似度大于第二相似度阈值，基于匹配成功的已存储待分析频谱，确定其对应的伸缩缝1实际故障信息，将该伸缩缝1实际故障信息发送至终端模块。本实施例中，终端模块采用智能手机或巡检工作人员配发的基于Android系统的定制通信设备。

初期，工作人员到现场处理故障时，通过终端模块将现场了解到的实际故障信息发送至远程处理模块，远程处理模块将待分析频谱与伸缩缝1实际故障信息进行匹配，在长期运行，积累一定的数据量之后，远程处理模块就能够利用已匹配的待分析频谱与伸缩缝1实际故障信息，***伸缩缝1实际故障，使工作人员到现场前就进行充分的准备。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。