[0001] 本发明涉及桥梁挠度测量领域。更具体地说，本发明涉及一种桥梁挠度测量仪及桥梁挠度测量方法。

[0002] 车辆经过桥梁的时候，桥梁会发生竖向变形，这种变形称为挠度，桥梁挠度反应了桥梁的刚度大小，桥梁刚度太小时容易发生较大的变形，影响行车的舒适性，因此桥梁挠度成为桥梁荷载试验，桥梁监控监测等的重要量测指标。目前工程领域应用于桥梁挠度测量的设备有百分表和水准仪。百分表在使用时直接将其伸缩杆顶住桥梁底部，桥梁变形时伸缩杆跟随变形，从而带动表内指针转动显示表的读数。其操作方便快捷，成本低，但是使用过程中需要在桥梁下面的地面固定百分表，对于跨越河流或者峡谷的桥梁，用百分表测量挠度将变得极为困难。另一种常用的测量挠度的办法是水准仪，这种方法是在需要测量桥梁挠度的地方架立水准尺，在地面相对固定点架设水准仪，读取桥梁变形前后水准尺上的读书变化即可得到桥梁的挠度。其缺陷是当桥梁跨度较大的时候，水准仪的读数将变得不准确，从而达到降低了测量精度。针对以上测量方法的局限性，目前工程技术行业的从业人员在不断的探索新的测量桥梁挠度的技术。

[0027] 下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

[0028] 此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0029] 以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：

[0030] 如图1所示，本发明提供一种桥梁挠度测量仪，包括：若干信号接收装置和激光发射装置3；

[0031] 其中，所述激光发射装置3发射线状激光，非点状光源，其特点是能发出线状激光，被同一断面上的多个接受装置同时接收(图1仅展示3个)，实现多个接收设备同时测量的效果。信号接收装置接收激光发射装置3发出的信号光源7；若干信号接收装置间隔设置于桥梁梁体1的同一断面时，所述激光发射装置3设置于桥梁梁体1的上方/下方，且保证信号接收装置能够接收到激光发射装置发出的信号光源；若干信号接收装置间隔设置于桥梁梁体1下方/上方的同一断面时，所述激光发射装置3设置于桥梁梁体1上，且保证信号接收装置能够接收到激光发射装置发出的信号光源。如图1所示，本实施例中在梁体1上分别设置了三组信号接收装置，分别是1号信号接收装置2‑1、2号信号接收装置2‑2和3号信号接收装置
2‑3。

[0032] 基本工作原理是：激光发射装置3发射特定波长范围内的线状激光，信号接收装置中的CCD传感系统感知激光并作出相应的电位响应，当桥梁发生变形后，激光在信号接收装置上的位置会发生变化，从而引起内部CCD传感器相应的电位变化。根据两次电位变化的情况反算出桥梁发生的竖向位移，即可以以得到桥梁的挠度。在实际使用中，信号接收装置与激光发射装置3的位置可以调换。

[0033] 本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果，本申请对CCD传感系统进行了优化设计，改善了测量精度。所述信号接收装置包括CCD传感系统；所述CCD传感系统包括透射光栅4、聚光透镜5(所述聚光透镜5为凸透镜)和CCD接收屏6。CCD接收屏6为现有技术，具体结构就不在赘述；所述聚光透镜5间隔设置于CCD接收屏6的前方，所述透射光栅4间隔设置于聚光透镜前方，其原理图详见图2。激光光源在经过光栅以后会发生衍射，并在透镜后方的接收屏上形成明暗相间的细条纹，条纹的光强分布如图4所示，中央条纹的强度最大，光强为I1，其两侧对称存在强度第二大的条纹，光强为I2。实际处理中，设置CCD的光响应强度大于I2，这样CCD仅能记录中央亮细条纹的位置，而不受其他条纹的干扰。当桥梁发生变形，接收器型对于光源信号发生移动，CCD接受屏上的中央条纹跟着移动，通过识别中央条纹的移动距离，来计算桥梁挠度。该系统相对于传统CCD识别光点位置变化的优势在于，系统不受入射光源质量的影响，入射光不需要聚焦精度很高，这对于远距离的光源来说很重要，距离越远，激光光斑更容易发散变大，且光强减弱难以识别，本专利通过利用光栅，将入射光进行衍射处理，处理后的中央亮条纹宽度很细，可达微米级别，可实现高精度的定位测量。

[0034] 本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述CCD传感系统还包括固定架，所述透射光栅4、聚光透镜5和CCD接收屏6均通过固定架固定。

[0035] 本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图3所示，所述透射光栅4的缝宽为a，光栅常数为d，满足d＝10a。

[0036] 本发明还提供了一种利用所述的桥梁挠度测量仪的桥梁挠度测量方法，包括以下步骤：

[0037] S1、在梁体1底面同一断面间隔设置多个信号接收装置，在梁体1下方固定激光发射装置3位置不变，信号接收装置接收激光发射装置3发出的信号光源7；

[0038] S2、桥梁变形前，激光发射装置3发出线状激光，多个信号接收装置接收光源信号，并将光电信号转换确定不同亮度条纹位置，记录其中最亮的条纹为1号条纹；

[0039] S3、桥梁产生挠度以后，激光发射装置3发出线状激光，多个信号接收装置接收光源信号，并将光电信号转换确定不同亮度条纹位置，记录其中最亮的条纹为2号条纹；

[0040] S4、分别识别1号条纹和2号条纹的中心位置，计算1号条纹和2号条纹的中心位置的距离△H，即为桥梁的挠度值。

[0041] 实施例1

[0042] 信号接收装置的透射光栅4参数：d＝10a，光栅孔密度为2cm内有100个光栅孔，凸透镜的焦距0.2m。光栅常数桥梁变形前，激光发射装置3光源发射波长为500nm的线状激光，其具有一定的宽度，激光到达信号接收设备以后，经过透射光栅4前，线状激光的宽度大约为2cm，经过光栅的衍射，其形成多个明暗相间的细亮条纹，其中最中间的亮条文亮度最大，其宽度为5um，CCD光源信号通过光电信号转换确定不同亮度条纹的位置，如图6～图9所示，设最亮的条纹在CCD接收端的位置为1，桥梁产生挠度以后，光源信号在CCD接受屏上的中央最亮的条纹位置为2，通过CCD的光电转换特性，分别识别1与2的中心位置，换算其距离△H即为桥梁的挠度值。

[0043] 本专利测量仪和测量方法可以大幅度提高桥梁CCD类测量设计传感器的精度：比如，对于小跨径桥梁，按照传统的方法挠度的距离是30mm，假设光点位置的漂移偏差和光点中心的识别误差是10mm。那么试验得到的测量相对误差为25％。如图5所示，采用本专利设计的CCD光学系统，当光栅缝隙数量为100时，中央亮条纹宽度为w＝f*λ/(N*D)，取f＝0.2m，λ＝500nm，ND＝0.02，w＝5um，表明CCD对于1号条纹中心的识别误差为5um，因此对于△H，其计算精度为5um，可以实现0.005mm精度级别的挠度监测，当光栅数量N进一步增大时，本系统的监测精度可以进一步提高。

[0044] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。