具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明所述是基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统及使用方法，主体结构包括伸缩缝机构；如说明书附图图9、图10所示，本伸缩缝结构以GQF-MZL模数式桥梁伸缩缝结构为例，包括中梁型钢1、两个侧梁型钢2、沿着型钢方向延伸的多个位移箱3、相邻两个位移箱3之间的锚板4和锚筋5；所述中梁型钢1与侧梁型钢2之间的缝隙通过防水橡胶条6密封；如说明书附图图1所示，所述中梁型钢1底部设置支撑梁7，所述支撑梁7两端分别伸入到两侧的位移箱3内；侧梁型钢2固定设置在位移箱3顶部，所述位移箱3通过预埋钢筋8固定到两侧桥面的预埋腔内；

如说明书附图图1-图5所示，所述位移箱3内腔顶面固定设有顶部承压胶垫支座9，所述顶部承压胶垫支座9底面与支撑梁7可滑动连接；所述位移箱3内腔底面固定设有底部承压胶垫支座10，所述底部承压胶垫支座10顶面与支撑梁7可滑动连接；顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10均采用塑性较强的聚氨酯材料制作，在桥面大载荷的作用下能够实现各方向上的变形调整，从而实现桥面伸缩缝的位移。顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10竖直方向上的变形实现Z向的位移，顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10、Y向上的变形实现Y向的位移，顶部承压胶垫支座9、底部承压胶垫支座10与支撑梁7的可滑动连接实现X向的位移。

还包括XYZ三向监控机构；所述XYZ三向监控机构包括X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置；

X向位移监控装置：

所述X向位移监控装置包括数字式激光位移传感器11，由于伸缩缝在X向的伸缩位移时主要的伸缩位移方向，所以采用灵敏度高的数字式激光位移传感器11对X向的伸缩位移进行监测。所述底部承压胶垫支座10通过竖支板12连接有数字式激光位移传感器11，所述支撑梁7两侧设置放置数字式激光位移传感器11的条形滑孔13，所述支撑梁7两侧末端设置反射镜片14，所述数字式激光位移传感器11内的激光发射器与反射镜片14相对应；桥面X向伸缩位移时带动着数字式激光位移传感器11在条形滑孔13范围内位移移动从而改变数字式激光位移传感器11与反射镜片14之间的距离，数字式激光位移传感器11通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到反射镜片14并返回至激光接收器，数字式激光位移传感器11内的处理器计算激光脉冲遇到反射镜片14并返回至激光接收器所需的时间，通过模拟和数字电路处理计算出X向距离值，再通过无线信号传送至远程计算机系统，进行X向伸缩位移监控。

Y向位移监控装置：

所述Y向位移监控装置为位移监控电路系统，Y向位移主要是桥面两侧风力影响而形成的，特别是对于跨江跨河的大中型桥梁。所以Y向位移监控采用灵敏度较高的数字电流表16搭配滑动变阻器18的方式，将电流信号转化为位移信号进行监控。所述位移监控电路系统包括太阳能供电的电源总成15、数字电流表16、可伸缩弹性滑柱17、滑动变阻器18；所述可伸缩弹性滑柱17上设有与滑动变阻器18的电阻丝接触的导电滑片19，所述电源总成15、数字电流表16、导电滑片19、滑动变阻器18串联成通电回路；所述可伸缩弹性滑柱17设置在支撑梁7两侧末端，所述滑动变阻器18固定在位移箱3侧壁上。桥梁出现水平垂直于桥梁轴向方向的Y向伸缩位移时，导电滑片19在滑动变阻器18上移动，从而改变电路中电流的大小，滑动变阻器18每圈电阻丝对应一个位移量(电阻丝的直径)，这个位移量又对应一个电流值，从而数字电流表16会将电流信号通过模拟和数字电路处理计算出Y向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统，进行Y向伸缩位移监控。

Z向位移监控装置：

所述Z向位移监控装置设置在顶部承压胶垫支座9内，Z向位移主要是桥面两侧风力影响形成桥面扭曲时的位移分量，一般而言受车辆载荷影响而形成的Z向位移量较小，只有桥面负载过大时才会出现较大的Z向位移量，Z向位移监控采用数字压力传感器23进行监控最佳。所述Z向位移监控装置包括固定筒20、压力弹簧21、伸缩柱22和数字压力传感器23，所述压力弹簧21设置在固定筒20的弹簧腔24内，所述数字压力传感器23设置在伸缩柱22底端，所述伸缩柱22底端位于弹簧腔24顶部，所述压力弹簧21顶部的压板25与数字压力传感器23接触；桥梁出现竖直垂直于桥梁轴向方向的Z向伸缩位移时，伸缩柱22会在弹簧腔24内伸缩移动，从而引起压力弹簧21的伸缩变形，压力弹簧21的伸缩变形从而改变对数字压力传感器23施加的压力大小，数字压力传感器23会将压力信号通过模拟和数字电路处理计算出Z向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统，进行Z向伸缩位移监控。

综上所述，数字式激光位移传感器11、数字电流表16、数字压力传感器23均与远程计算机系统通过无线信号连接，远程计算机系统对多个位移箱3内X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。

进一步改进：

为了便于与支撑梁7之间的滑动位移，以实现伸缩缝调位移动，所述顶部承压胶垫支座9的底面、底部承压胶垫支座10的顶面均设置与支撑梁7可滑动连接的不锈钢滑轨26。

所述位移监控电路系统还包括保护电阻27；所述电源总成15、数字电流表16、保护电阻27、导电滑片19、滑动变阻器18串联成通电回路。保护电阻27的设置是为了对整个电路进行保护。

所述位移监控电路系统还包括路灯28，所述电源总成15、数字电流表16、保护电阻27、路灯28、导电滑片19、滑动变阻器18串联成通电回路，所述路灯28设置在桥梁两侧的护墩上。为了充分进行能源利用，位移监控电路系统通过路灯28可用于路面照明。

基于数学三维坐标建模的伸缩缝三向监控系统的使用方法，包括以下步骤：

S1：当桥梁出现沿桥梁轴向方向的X向伸缩位移时，X向位移监控装置的数字式激光位移传感器11通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到反射镜片14并返回至激光接收器，数字式激光位移传感器11内的处理器计算激光脉冲遇到反射镜片14并返回至激光接收器所需的时间，通过模拟和数字电路处理计算出X向距离值，再通过无线信号传送至远程计算机系统；多个位移箱3内多个不同桥面位置的X向距离值进行同步监控，以便于后续建模的处理。

S2、当桥梁出现水平垂直于桥梁轴向方向的Y向伸缩位移时，导电滑片19在滑动变阻器18上移动，从而改变电路中电流的大小，数字电流表16会将电流信号通过模拟和数字电路处理计算出Y向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；多个位移箱3内多个不同桥面位置的Y向距离值进行同步监控，以便于后续建模的处理。

S3、当桥梁出现竖直垂直于桥梁轴向方向的Z向伸缩位移时，伸缩柱22会在弹簧腔24内伸缩移动，从而引起压力弹簧21的伸缩变形，压力弹簧21的伸缩变形从而改变对数字压力传感器23施加的压力大小，数字压力传感器23会将压力信号通过模拟和数字电路处理计算出Z向距离值，再通过通过无线信号传送至远程计算机系统；多个位移箱3内多个不同桥面位置的Z向距离值进行同步监控，以便于后续建模的处理。

S4、远程计算机系统对多个位移箱3内X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。

综上所述：

本装置能够通过X向位移监控装置、Y向位移监控装置、Z向位移监控装置对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行实时的监测，然后将同时间点的三向位移信息通过无线信号传至远程计算机系统，远程计算机系统对X向距离值、Y向距离值、Z向距离值进行同时间点的距离坐标标定，从而在远程计算机系统内形成三维坐标建模的伸缩缝位移图像，以此实现伸缩缝三向监控。