【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及橋梁支座，具體為一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座及監(jiān)測方法。
技術(shù)介紹
1、支座通常用于公路和鐵路橋梁。支座具有很好的減震和緩沖性能，能夠有效地吸收和分散橋梁荷載，減少震動和噪音對周圍環(huán)境的影響。支座的養(yǎng)護(hù)和維護(hù)也非常重要，需要定期進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，以確保其使用壽命和安全性。如果發(fā)現(xiàn)支座出現(xiàn)損壞或老化，應(yīng)及時更換，以防止對橋梁造成不良影響隨著基礎(chǔ)設(shè)施工程對安全性和可靠性的要求不斷提高，傳統(tǒng)的支座監(jiān)測手段面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法，如機(jī)械傳感器和視覺檢查，雖然在過去的應(yīng)用中有效，但在面對日益復(fù)雜的工程環(huán)境和多變的負(fù)載條件時，其局限性逐漸顯現(xiàn)。這些傳統(tǒng)手段往往難以提供足夠的實(shí)時數(shù)據(jù)，且對支座的細(xì)微變化和潛在缺陷難以進(jìn)行全面監(jiān)控。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座及監(jiān)測方法，其目的在于解決支座出現(xiàn)如脫空、受力、裂紋等問題進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的目的。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，包括上鋼板、下鋼板、支座、環(huán)形支座限位裝置擋板、聲發(fā)射傳感器和布拉格光柵傳感器，所述支座上端與上鋼板之間通過環(huán)形支座限位裝置連接，支座下端與下鋼板之間通過環(huán)形支座限位裝置連接，支座的兩側(cè)設(shè)有兩組擋板，兩組擋板內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有三個聲發(fā)射傳感器，三個聲發(fā)射傳感器由固定裝置固定在下鋼板上，上鋼板和下鋼板靠近支座的兩端上開設(shè)有安裝槽，布拉格光柵傳感器設(shè)置在安裝槽內(nèi)，布拉格光柵傳感器之間相
3、進(jìn)一步，所述固定裝置包括墊片、螺栓和墊塊，墊片一端水平放置在聲發(fā)射傳感器上，墊片另一端設(shè)有墊塊，墊塊與下鋼板焊接固定，墊片上中間部位設(shè)有預(yù)留的螺栓孔，下鋼板上靠近聲發(fā)射傳感器和墊塊之間開設(shè)有螺栓孔，通過螺栓穿過墊片的預(yù)留的螺栓孔插入下鋼板的螺栓孔內(nèi)固定；墊塊靠墊片一側(cè)為斜面。
4、進(jìn)一步，所述環(huán)形支座限位裝置包括安裝槽、引線槽以及光纖導(dǎo)線，支座和環(huán)形支座限位裝置均設(shè)置為圓形，上鋼板和下鋼板內(nèi)側(cè)開設(shè)有安裝槽，安裝槽內(nèi)徑與布拉格光柵傳感器外徑相適配。
5、進(jìn)一步，環(huán)形支座限位裝置內(nèi)部上下兩端設(shè)有引線槽，安裝槽等間距布置在引線槽的四端，光纖導(dǎo)線安裝在引線槽內(nèi)。
6、一種橋梁監(jiān)測方法，應(yīng)用于所述的智能支座，包括以下步驟：
7、步驟s1：通過下放橋梁使橋梁底部與智能支座的上鋼板頂部連接，橋墩底部與智能支座的下鋼板連接完成安裝；
8、步驟s2：通過聲發(fā)射傳感器對支座進(jìn)行檢測，獲得增強(qiáng)聲發(fā)射信號；通過布拉格光柵傳感器對橋梁、橋墩進(jìn)行測量，獲得增強(qiáng)光柵信號；
9、步驟s3：通過對步驟s2中獲取的增強(qiáng)聲發(fā)射信號和增強(qiáng)光柵信號進(jìn)行處理，獲得處理后的增強(qiáng)聲發(fā)射信號和增強(qiáng)光柵信號；
10、步驟s4：采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對處理后的增強(qiáng)聲發(fā)射信號和增強(qiáng)光柵信號進(jìn)行融合，獲得融合后的信號值；
11、步驟s5：設(shè)定預(yù)警閾值，將步驟s4中融合后的信號值與預(yù)警閾值進(jìn)行比較，得出橋梁健康狀態(tài)的預(yù)警結(jié)果。
12、進(jìn)一步，步驟s2中獲得增強(qiáng)聲發(fā)射信號，具體過程為：
13、通過聲發(fā)射傳感器對支座進(jìn)行檢測得到聲發(fā)射信號，將得到聲發(fā)射信號作為集合表示為：
14、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><msub><mi>s</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>s</mi><mn>2</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>s</mi><mn>3</mn></msub><mi>,</mi><mi>?</mi><mi>,</mi><msub><mi>s</mi><mi>n</mi></msub><mi>]</mi></mstyle>（1）；
15、式中，表示檢測到的第1個聲發(fā)射信號；表示檢測到的第n個聲發(fā)射信號；
16、聲發(fā)射信號所攜帶的能量向量作為集合表示為：
17、（2）；
18、式中，表示第1個聲發(fā)射信號所攜帶的能量向量；表示第n個聲發(fā)射信號所攜帶的能量向量；t表示轉(zhuǎn)置；
19、聲發(fā)射信號的頻數(shù)向量作為集合表示為：
20、（3）；
21、式中，表示第1個聲發(fā)射信號的頻數(shù)向量；表示第n個聲發(fā)射信號的頻數(shù)向量；
22、將聲發(fā)射信號所攜帶的能量向量和聲發(fā)射信號的頻數(shù)向量對應(yīng)的聲發(fā)射信號的能量貢獻(xiàn)率記為，表示為：
23、（4）；
24、式中，表示第i個聲發(fā)射信號所攜帶的能量；表示第k個聲發(fā)射信號所攜帶的能量；表示第k個聲發(fā)射信號的頻數(shù)向量；
25、根據(jù)聲發(fā)射信號所攜帶的能量向量和聲發(fā)射信號的頻數(shù)向量計(jì)算聲發(fā)射信號的累計(jì)能量貢獻(xiàn)率表示為：
26、（5）；
27、根據(jù)累計(jì)能量貢獻(xiàn)率設(shè)定閾值為85%-95%之間的聲發(fā)射信號能量平均值；閾值表示為：
28、（6）；
29、式中，max（e）表示聲發(fā)射信號的最大能量值；q表示初步的閾值；r表示聲發(fā)射信號能量大于初步優(yōu)選閾值的信號數(shù)量占比；
30、基于閾值選擇聲發(fā)射信號的能量值來構(gòu)建聲發(fā)射信號前兆關(guān)鍵特征信號集，表示為：
31、（7）；
32、式中，表示檢測到的第i個聲發(fā)射信號；e(i)表示第i個聲發(fā)射信號的能量值；
33、根據(jù)最終聲發(fā)射信號前兆關(guān)鍵特征信號集獲得增強(qiáng)聲發(fā)射信號。
34、進(jìn)一步，步驟s2中獲得增強(qiáng)光柵信號，具體過程為：
35、通過布拉格光柵傳感器對外界的光波進(jìn)行檢測，對滿足布拉格光柵傳感器相匹配條件的光波會形成強(qiáng)烈反射，對不滿足布拉格光柵傳感器相匹配條件的光波形成弱反射；
36、布拉格光柵傳感器的條件表示為：
37、（8）；
38、式中，表示布拉格光柵傳感器反射回來的入射光波在自由空間中的中心波長；表示布拉格光柵傳感器針對自由空間中心波長的折射率；表示布拉格光柵傳感器之間的間隔長度；
39、當(dāng)橋梁、橋墩被測物理量變化時，布拉格光柵傳感器的和λ會產(chǎn)生變化，對式(8)進(jìn)行偏微分計(jì)算得到和影響中心波長漂本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，包括上鋼板、下鋼板、支座、環(huán)形支座限位裝置、擋板、聲發(fā)射傳感器和布拉格光柵傳感器，其特征在于：所述支座上端與上鋼板之間通過環(huán)形支座限位裝置連接，支座下端與下鋼板之間通過環(huán)形支座限位裝置連接，支座的兩側(cè)設(shè)有兩組擋板，兩組擋板內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有三個聲發(fā)射傳感器，三個聲發(fā)射傳感器由固定裝置固定在下鋼板上，上鋼板和下鋼板靠近支座的兩端上開設(shè)有安裝槽，布拉格光柵傳感器設(shè)置在安裝槽內(nèi)，布拉格光柵傳感器之間相互電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，其特征在于：所述固定裝置包括墊片、螺栓和墊塊，墊片一端水平放置在聲發(fā)射傳感器上，墊片另一端設(shè)有墊塊，墊塊與下鋼板焊接固定，墊片上中間部位設(shè)有預(yù)留的螺栓孔，下鋼板上靠近聲發(fā)射傳感器和墊塊之間開設(shè)有螺栓孔，通過螺栓穿過墊片的預(yù)留的螺栓孔插入下鋼板的螺栓孔內(nèi)固定；墊塊靠墊片一側(cè)為斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，其特征在于：所述環(huán)形支座限位裝置包括安裝槽、引線槽以及光纖導(dǎo)線，支座和環(huán)形支座限位裝置均設(shè)置為圓形，上鋼板和下鋼板
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，其特征在于：環(huán)形支座限位裝置內(nèi)部上下兩端設(shè)有引線槽，安裝槽等間距布置在引線槽的四端，光纖導(dǎo)線安裝在引線槽內(nèi)。
5.一種橋梁監(jiān)測方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的智能支座，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種橋梁監(jiān)測方法，其特征在于：步驟S2中獲得增強(qiáng)聲發(fā)射信號，具體過程為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種橋梁監(jiān)測方法，其特征在于：步驟S2中獲得增強(qiáng)光柵信號，具體過程為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種橋梁監(jiān)測方法，其特征在于：步驟S3中獲得處理后的增強(qiáng)聲發(fā)射信號和增強(qiáng)光柵信號，具體過程為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種橋梁監(jiān)測方法，其特征在于：步驟S4中獲得融合后的信號值，具體過程為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種橋梁監(jiān)測方法，其特征在于：步驟S5中得出橋梁健康狀態(tài)的預(yù)警結(jié)果，具體過程為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，包括上鋼板、下鋼板、支座、環(huán)形支座限位裝置、擋板、聲發(fā)射傳感器和布拉格光柵傳感器，其特征在于：所述支座上端與上鋼板之間通過環(huán)形支座限位裝置連接，支座下端與下鋼板之間通過環(huán)形支座限位裝置連接，支座的兩側(cè)設(shè)有兩組擋板，兩組擋板內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有三個聲發(fā)射傳感器，三個聲發(fā)射傳感器由固定裝置固定在下鋼板上，上鋼板和下鋼板靠近支座的兩端上開設(shè)有安裝槽，布拉格光柵傳感器設(shè)置在安裝槽內(nèi)，布拉格光柵傳感器之間相互電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，其特征在于：所述固定裝置包括墊片、螺栓和墊塊，墊片一端水平放置在聲發(fā)射傳感器上，墊片另一端設(shè)有墊塊，墊塊與下鋼板焊接固定，墊片上中間部位設(shè)有預(yù)留的螺栓孔，下鋼板上靠近聲發(fā)射傳感器和墊塊之間開設(shè)有螺栓孔，通過螺栓穿過墊片的預(yù)留的螺栓孔插入下鋼板的螺栓孔內(nèi)固定；墊塊靠墊片一側(cè)為斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聲發(fā)射和光柵傳感器的智能支座，其特征在于：所述環(huán)形支座限位裝置包括安裝槽、引線槽以及光纖導(dǎo)線，支座和環(huán)形支座限位...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭文杰，何澳棟，羅文俊，李佳寶，聶彪，肖烽，
申請(專利權(quán))人：華東交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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