探討激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用

劉路

摘? 要：橋梁撓度作為判定橋梁結構健康狀態的重要依據，對其進行定期檢測是非常重要的。激光投射式位移傳感技術是目前橋梁撓度檢測中應用十分廣泛的一項技術，不僅操作方便，而且測量速度快，對橋梁整體質量的控制具有重要意義。

關鍵詞：傳感技術;橋梁撓度;測量精度;橋梁建設質量

中圖分類號：U446??? ????????????文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0060-02

橋梁撓度檢測的目的主要是為了檢驗橋梁的工作性能和施工質量是否達到設計要求。近年來，隨著我國橋梁建設數量的不斷增加，如何快速、準確地對橋梁撓度進行檢測也成為了橋梁建設部門所面臨的一項重大課題。傳統的檢測方法不僅操作復雜，而且測量速度較慢，測量精度也無法得到有效保證。鑒于此，本文介紹了激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用，以期為日后的橋梁撓度檢測提供一定的技術支持，確保橋梁建設質量滿足設計要求。

1? 激光投射式位移傳感技術概述

1.1? 工作原理

目前，激光投射式位移傳感技術已經成為橋梁撓度檢測中應用最為廣泛的一項技術，其工作原理為：在橋梁結構發生撓度的位置設置一個被測點，利用常規的檢測方法測出該點的初始坐標，并利用光學成像鏡頭將該點的圖像信息發送到圖像傳感器上;然后將采集到的圖像信息傳輸到計算機中，用相應的分析處理軟件對圖像進行處理;最后利用數字圖像處理技術計算被測點的坐標位置，通過比較得出該點的位移變化。

1.2? 應用過程中存在的問題

就目前激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用效果來看，其不僅操作簡便、測量速度快，而且后期的維護成本也比較低。此外，與傳統的測量技術相比，該技術的測量精度也非常高，可達到0.1 mm，因此，深受橋梁建設部門的青睞。然而，隨著橋梁結構的不斷變化以及相關部門對橋梁撓度檢測要求的不斷提高，該技術存在的問題也越來越明顯，比如無法應用于較大跨徑的橋梁撓度測量中。這在一定程度上限制了該項技術的普及和推廣。

1.3? 改進方法

為了進一步推廣激光投射式位移傳感技術，必須對問題的原因進行分析。該技術之所以無法應用于較大跨徑的橋梁撓度測量中，主要是因為該技術受點激光光源匯聚的效果差和光接受芯片標靶測量面積小而導致的。針對該問題，可以在原有技術的基礎上設置高收斂性準直半導體點激光發射器，以此從根本上實現遠距離點激光匯聚投射。而對于光接受芯片標靶測量面積小的問題，則可以通過視頻采集設備的完善對光斑變化實時監測。采取以上措施，便可以確保激光投射式位移傳感技術滿足較大跨徑橋梁撓度的測量需求，擴大該項技術的應用范圍。

2? 在橋梁撓度檢測中的應用分析

為了更好地對激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中

的應用進行分析，本文以某座橋梁的撓度檢測為例，采用改進后的激光投射式位移傳感技術開展撓度檢測工作，并將其結果與人工精密水準儀的檢測結果進行對比，以此來為日后橋梁撓度的檢測提供參考依據。

2.1? 工程概況

該橋梁是位于國道主干線上的一座較大跨徑的橋梁，主橋為120 m+210 m+120 m預應力混凝土連續剛結構。由于該橋梁位置的特殊性，因此，對于該橋梁的撓度檢查周期為每半年一次。

2.2? 傳感器安裝

結合橋梁工程的實際情況，在安裝傳感器的時候，檢測單位主要從兩個方面著手，即固定激光發射器和安裝投影標靶。其中，在固定激光發射器的時候，檢測人員需要考慮兩個方面的因素，一是要保證激光在投射到標靶的過程中沒有任何阻攔;二是要確保傳感器測量得出的數據能夠將橋梁的撓度變化充分地體現出來。為了能夠達到這兩個目的，對于激光發射器的固定，應該盡可能地設置在橋梁撓度變化的敏感區域。在安裝投影標靶的時候，需要注意的是，由于該裝置的功能是負責接收光束，因此，必須確保投影標靶的固定安裝。根據橋梁的具體結構，可以將投影標靶安裝在橋墩的位置，這樣便能保證所測得的數據能夠將橋梁撓度變化充分體現出來。與此同時，為了能夠將設備所測得的數據在第一時間發送到計算機中，在安裝過程中，應該將視頻采集的數據線與計算機相連，從而做到及時對數據進行處理，對橋梁撓度的變化進行實時監測。由于本次測量結果需要與精密水準儀的測量結果進行對比，因此，我們將數據采集周期設置為每隔20 min一次。

2.3? 精密水準儀測量對比實驗

為了確保橋梁撓度檢測結果的精度，在利用激光投射式位移傳感技術進行檢測的同時，我們還利用了精密水準儀對其進行測量。為了更好地進行本次的對比實驗，精密水準儀檢測方案設置如下：在橋梁跨中和橋墩的位置選取兩個基準點，并將釘子釘入兩個基準點，然后在此基礎上開展測量工作。由于該座橋梁的結構屬于高落差、長跨徑橋梁，因此，在對橋梁撓度進行測量的時候，要想確保檢測結果的可靠性，就必須對高差進行分段測量，并將每段測量的數據結果進行詳細分析，從而得出橋梁撓度的變化情況。就該座橋梁的實際高差來看，高差為4 m，因此，本次測量分3段進行，如圖1所示。

圖1? 水準儀測量高差示意圖

為了節省測量時間，我們使兩種測量方法按照各自的測量步驟同步進行。在實際測量過程中，激光投射式撓度傳感器的數據采集周期為每隔20 min一次。為了避免數據采集過程中的外界干擾，每小時去掉一組有效數據。而水準儀測量則計算每組測量數據的回轉差值，根據測量規定，回轉差值在3 mm之內可作為有效數據進行參考。兩組數據的對比情況如圖2所示。從圖2中我們能夠看出，水準儀測量高差范圍是-15～10 mm，而激光投射式撓度傳感器測量撓度的變化范圍則是-1～1 mm。此外，隨著溫度的不斷變化，后者的測量數據比較平穩，而前者數據則呈現出巨大的波動。由此可見，激光投射式撓度傳感器的測量精度要遠遠高于水準儀的測量精度。

圖2? 對比實驗數據分析圖

2.4? 結果分析

從本次實驗中我們可以看出，改進后的激光投射式撓度傳感器不僅檢測速度快，而且精度較高。同時，突破了以往激光投射式撓度傳感器在大跨度橋梁撓度測量中的限制，使其得到了進一步推廣和應用。

3? 結束語

綜上所述，隨著我國社會經濟發展步伐的不斷加快和科技水平的不斷進步，激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用必然會越來越廣泛。從本文的分析我們能夠看出，利用該技術對橋梁撓度進行檢測，不僅操作方便、工作效率高，而且測量精度也非常高，因此，技術人員應該對其進行不斷的優化和完善，從而使其更好地滿足橋梁撓度的檢測需求，為我國橋梁建設整體質量的提升提供技術支持。

參考文獻

[1]張奔牛，李星星，宋軍，等.激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用研究[J].傳感技術學報，2009（05）.

[2]張奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎烏江大橋準直點激光投射式撓度監測系統[J].建筑科學，2011（03）.

[3]袁江，邱自學，邵建新.集成激光位移傳感器和編碼器的曲面仿形測頭研究[J].儀器儀表學報，2010（11）.

[4]靳碩，楊宏海.激光位移傳感器高速數據采集與處理系統設計[J].宇航計測技術，2010（06）.

〔編輯：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

圖1? 水準儀測量高差示意圖

為了節省測量時間，我們使兩種測量方法按照各自的測量步驟同步進行。在實際測量過程中，激光投射式撓度傳感器的數據采集周期為每隔20 min一次。為了避免數據采集過程中的外界干擾，每小時去掉一組有效數據。而水準儀測量則計算每組測量數據的回轉差值，根據測量規定，回轉差值在3 mm之內可作為有效數據進行參考。兩組數據的對比情況如圖2所示。從圖2中我們能夠看出，水準儀測量高差范圍是-15～10 mm，而激光投射式撓度傳感器測量撓度的變化范圍則是-1～1 mm。此外，隨著溫度的不斷變化，后者的測量數據比較平穩，而前者數據則呈現出巨大的波動。由此可見，激光投射式撓度傳感器的測量精度要遠遠高于水準儀的測量精度。

圖2? 對比實驗數據分析圖

2.4? 結果分析

從本次實驗中我們可以看出，改進后的激光投射式撓度傳感器不僅檢測速度快，而且精度較高。同時，突破了以往激光投射式撓度傳感器在大跨度橋梁撓度測量中的限制，使其得到了進一步推廣和應用。

3? 結束語

綜上所述，隨著我國社會經濟發展步伐的不斷加快和科技水平的不斷進步，激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用必然會越來越廣泛。從本文的分析我們能夠看出，利用該技術對橋梁撓度進行檢測，不僅操作方便、工作效率高，而且測量精度也非常高，因此，技術人員應該對其進行不斷的優化和完善，從而使其更好地滿足橋梁撓度的檢測需求，為我國橋梁建設整體質量的提升提供技術支持。

參考文獻

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[2]張奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎烏江大橋準直點激光投射式撓度監測系統[J].建筑科學，2011（03）.

[3]袁江，邱自學，邵建新.集成激光位移傳感器和編碼器的曲面仿形測頭研究[J].儀器儀表學報，2010（11）.

[4]靳碩，楊宏海.激光位移傳感器高速數據采集與處理系統設計[J].宇航計測技術，2010（06）.

〔編輯：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

圖1? 水準儀測量高差示意圖

為了節省測量時間，我們使兩種測量方法按照各自的測量步驟同步進行。在實際測量過程中，激光投射式撓度傳感器的數據采集周期為每隔20 min一次。為了避免數據采集過程中的外界干擾，每小時去掉一組有效數據。而水準儀測量則計算每組測量數據的回轉差值，根據測量規定，回轉差值在3 mm之內可作為有效數據進行參考。兩組數據的對比情況如圖2所示。從圖2中我們能夠看出，水準儀測量高差范圍是-15～10 mm，而激光投射式撓度傳感器測量撓度的變化范圍則是-1～1 mm。此外，隨著溫度的不斷變化，后者的測量數據比較平穩，而前者數據則呈現出巨大的波動。由此可見，激光投射式撓度傳感器的測量精度要遠遠高于水準儀的測量精度。

圖2? 對比實驗數據分析圖

2.4? 結果分析

從本次實驗中我們可以看出，改進后的激光投射式撓度傳感器不僅檢測速度快，而且精度較高。同時，突破了以往激光投射式撓度傳感器在大跨度橋梁撓度測量中的限制，使其得到了進一步推廣和應用。

3? 結束語

綜上所述，隨著我國社會經濟發展步伐的不斷加快和科技水平的不斷進步，激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用必然會越來越廣泛。從本文的分析我們能夠看出，利用該技術對橋梁撓度進行檢測，不僅操作方便、工作效率高，而且測量精度也非常高，因此，技術人員應該對其進行不斷的優化和完善，從而使其更好地滿足橋梁撓度的檢測需求，為我國橋梁建設整體質量的提升提供技術支持。

參考文獻

[1]張奔牛，李星星，宋軍，等.激光投射式位移傳感技術在橋梁撓度檢測中的應用研究[J].傳感技術學報，2009（05）.

[2]張奔牛，石玲莉，周志祥，等.土坎烏江大橋準直點激光投射式撓度監測系統[J].建筑科學，2011（03）.

[3]袁江，邱自學，邵建新.集成激光位移傳感器和編碼器的曲面仿形測頭研究[J].儀器儀表學報，2010（11）.

[4]靳碩，楊宏海.激光位移傳感器高速數據采集與處理系統設計[J].宇航計測技術，2010（06）.

〔編輯：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