本實(shí)用新型涉及到橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及到橋梁支座變形的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
：

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，我國(guó)建設(shè)了越來(lái)越多的橋梁結(jié)構(gòu)，如跨江、跨河、跨海橋、市政橋梁、鐵路橋梁、公路橋梁等等。隨著服役時(shí)間的增長(zhǎng)，且很多橋梁長(zhǎng)期超載以及維修保養(yǎng)的不足，我國(guó)橋梁出現(xiàn)病害的現(xiàn)象與日俱增，尤其是作為連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件——橋梁支座出現(xiàn)了越來(lái)越多的病害，如支座脫空、支座偏位、變形過(guò)大、支座破裂、側(cè)面鼓起波紋狀凹凸等等。一旦橋梁支座出現(xiàn)病害，將會(huì)直接影響到橋梁上部結(jié)構(gòu)的承載能力，進(jìn)而威脅到橋上行人和車輛行車安全。因而，對(duì)橋梁，尤其是跨江、跨河、跨海等惡劣環(huán)境下橋梁以及長(zhǎng)期超載運(yùn)輸和長(zhǎng)期缺乏維養(yǎng)的橋梁，進(jìn)行快速準(zhǔn)確的橋梁支座變形監(jiān)測(cè)具有十分重要的意義。

然而，當(dāng)前我國(guó)無(wú)論是工程界還是學(xué)術(shù)界，對(duì)橋梁支座的老化和病害主要還是采取支座更換的方式。這種解決方式有以下的不足，一方面，對(duì)支座何時(shí)更換需要長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支持，而我國(guó)在橋梁支座監(jiān)測(cè)領(lǐng)域主要還是采取人工監(jiān)測(cè)的方法，這難以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；另一方面，部分橋梁支座病害嚴(yán)重，在進(jìn)行支座更換前整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)就已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重病變甚至倒塌，甚至已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重事故。另外，進(jìn)行橋梁支座更換必然會(huì)對(duì)交通的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)不利影響。因而，對(duì)橋梁支座進(jìn)行快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的潛在病害進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警和維修，這對(duì)保障橋梁結(jié)構(gòu)的安全具有重要意義，對(duì)支座進(jìn)行更加高效的維修和更為經(jīng)濟(jì)的更換也具有重要的指導(dǎo)作用。但是，當(dāng)前我國(guó)對(duì)支座的監(jiān)測(cè)主要還以人工為主，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和連續(xù)性難以保證，而用于橋梁支座監(jiān)測(cè)的先進(jìn)傳感設(shè)備的研究和應(yīng)用還鮮有報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種橋梁支座變形的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用MEMS傾角傳感器測(cè)量橋梁支座各部分的傾斜變化，并依此解算出橋梁支座對(duì)應(yīng)位置的變形，在保證低成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了橋梁支座監(jiān)測(cè)的小型化，對(duì)橋梁支座的變形監(jiān)測(cè)穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種橋梁支座變形的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集儀、發(fā)送模塊、變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器及多個(gè)MEMS傾角傳感器，多個(gè)MEMS傾角傳感器固定于橋梁支座的頂板、底板和中間結(jié)構(gòu)；所述多個(gè)MEMS傾角傳感器分別與數(shù)據(jù)采集儀連接，數(shù)據(jù)采集儀、發(fā)送模塊、變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器依次連接；所述變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器根據(jù)多個(gè)MEMS傾角傳感器檢測(cè)的傾角數(shù)據(jù)和MEMS傾角傳感器的計(jì)算長(zhǎng)度解算出橋梁支座的傾斜變形數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述MEMS傾角傳感器均勻布置在橋梁支座的頂板和底板上，用于檢測(cè)橋梁支座頂板、底板的壓彎變形。

優(yōu)選地，所述MEMS傾角傳感器用于監(jiān)測(cè)支座中間結(jié)構(gòu)的鼓起波紋狀凹凸，MEMS傾角傳感器布置于橋梁支座的中間結(jié)構(gòu)的側(cè)面，其頂端與橋梁支座頂板鉸接，底端懸置。

優(yōu)選地，所述MEMS傾角傳感器用于監(jiān)測(cè)橋梁支座頂板和橋梁支座底板的相對(duì)傾斜變形；MEMS傾角傳感器的頂端與橋梁支座頂板鉸接，MEMS傾角傳感器的底端在橋梁支座底板上自由滑動(dòng)。

優(yōu)選地，所述MEMS傾角傳感器包括依次連接的MEMS芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和MCU處理器，MEMS芯片所檢測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到MCU處理器；MCU處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)采集儀。

優(yōu)選地，所述MEMS傾角傳感器還包括RS485端口，所述MCU處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將結(jié)果經(jīng)RS485端口輸出給數(shù)據(jù)采集儀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

本實(shí)用新型采用MEMS傾角傳感器，通過(guò)它測(cè)量橋梁支座各部分的傾斜變化，進(jìn)而通過(guò)傾斜角度和傳感器計(jì)算長(zhǎng)度解算出橋梁支座對(duì)應(yīng)位置的變形。由于MEMS傾角傳感器體積小、重量輕、成本低和可靠性高，因而本實(shí)用新型能保證低成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)橋梁支座監(jiān)測(cè)的小型化，對(duì)橋梁支座各部分進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定、準(zhǔn)確的變形監(jiān)測(cè)；同時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)全程自動(dòng)采集、傳輸、分析、顯示和預(yù)警，相對(duì)于目前人工監(jiān)測(cè)技術(shù)在效率和質(zhì)量上都有了顯著提升。

附圖說(shuō)明：

圖1是本實(shí)用新型橋梁支座變形的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D；

圖2是MEMS傾角傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是MEMS傾角傳感器在橋梁支座上的安裝位置示意圖(縱剖面圖)；

圖4是MEMS傾角傳感器在橋梁支座上的安裝位置示意圖(橫剖面圖)；

圖5是MEMS傾角傳感器模擬橋梁支座豎向變形示意圖；

圖6是MEMS傾角傳感器模擬橋梁支座水平變形示意圖；

上述圖中，1、MEMS傾角傳感器；2、橋梁支座頂板；3、橋梁支座中間結(jié)構(gòu)；4、橋梁支座底板。

具體實(shí)施方式：

下面將結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，本實(shí)用新型橋梁支座變形的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于MEMS技術(shù)，包括數(shù)據(jù)采集儀、發(fā)送模塊、變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器及多個(gè)MEMS傾角傳感器，多個(gè)MEMS傾角傳感器通過(guò)電纜線分別與數(shù)據(jù)采集儀連接，數(shù)據(jù)采集儀、發(fā)送模塊、變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器依次連接。發(fā)送模塊可以為無(wú)線發(fā)送模塊或有線發(fā)送模塊。

MEMS傾角傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括依次連接的MEMS芯片、緩存及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、MCU處理器、RS485端口，RS485端口與電纜連接，MEMS芯片所檢測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到MCU處理器；MCU處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將結(jié)果輸出給RS485端口。為了提高數(shù)據(jù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，MEMS傾角傳感器還可以增設(shè)與MCU處理器連接的溫度傳感器。為了便于檢測(cè)系統(tǒng)的故障，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修，MEMS傾角傳感器還設(shè)有自檢測(cè)端口，自檢測(cè)端口與MCU處理器連接。MEMS傾角傳感器由DC電源供電，DC電源經(jīng)穩(wěn)壓電路與RS485端口連接。

參見(jiàn)圖3、4，本實(shí)用新型將MEMS傾角傳感器1固定于橋梁支座的頂板2、底板4和中間結(jié)構(gòu)3位置。例如，在支座的頂板和底板安裝時(shí)，均勻布置一定數(shù)量的MEMS傾角傳感器，傳感器與頂板、底板接觸良好，此時(shí)傳感器用于監(jiān)測(cè)頂板、底板的壓彎變形。在支座的中間部位安裝時(shí)，在中間結(jié)構(gòu)的側(cè)面布置一定數(shù)量傳感器，傳感器豎向緊貼在支座中間結(jié)構(gòu)的側(cè)面，并且傳感器頂端和支座頂板鉸接，傳感器底端懸置，此時(shí)傳感器用于監(jiān)測(cè)支座中間結(jié)構(gòu)的鼓起波紋狀凹凸；還可將傳感器的兩端分別連接支座的頂板(傳感器頂端與支座頂板鉸接)和底板(傳感器底端可在支座底板上自由滑動(dòng))，此時(shí)傳感器用于監(jiān)測(cè)頂板和底板的相對(duì)傾斜變形。當(dāng)橋梁支座中間結(jié)構(gòu)為圓形時(shí)，若干個(gè)MEMS傳感器呈環(huán)形分布于圓形中間結(jié)構(gòu)的側(cè)面，如圖4所示；由于橋梁支座中間結(jié)構(gòu)可以為方形，此時(shí)若干個(gè)MEMS傳感器分布于中間結(jié)構(gòu)的四個(gè)側(cè)面。

所有MEMS傾角傳感器1末端經(jīng)電纜線連接到數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀將收集的傾角數(shù)據(jù)傳送給無(wú)線發(fā)送模塊，之后數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞至變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器，變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器根據(jù)傾角數(shù)據(jù)和MEMS傳感器計(jì)算長(zhǎng)度解算出橋梁支座的傾斜變形數(shù)據(jù)，并與橋梁支座相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或者實(shí)際使用規(guī)定進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比，對(duì)超限數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警。

本實(shí)用新型安裝前，檢查橋梁支座變形監(jiān)測(cè)所需的設(shè)備是否齊全，設(shè)備的數(shù)量和長(zhǎng)度是否合適，確認(rèn)所有設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有損壞或者丟失；盡可能選擇無(wú)雪、無(wú)雨的適宜天氣下進(jìn)行安裝，對(duì)于新建橋梁，在不影響橋梁施工的前提下，盡可能在支座施工完成后接著安裝。安裝時(shí)，按預(yù)先的設(shè)計(jì)方案，在橋梁支座的頂板、底板和中間部位安裝MEMS傾角傳感器；這里要說(shuō)明的是，MEMS傾角傳感器因安裝位置不一樣以及測(cè)試要求不一樣，在外形和固定方式上存在差別。

安裝好MEMS傾角傳感器后，用電纜線連接MEMS傾角傳感器和數(shù)據(jù)采集儀，條件允許的情況下，MEMS傾角傳感器與數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(例如ZIGBEE)進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)系；然后連接數(shù)據(jù)采集儀和無(wú)線發(fā)送模塊，之后將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送至變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器(也可以采用鋪設(shè)電纜或者光纜對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有線傳輸)。

調(diào)試所有設(shè)備，確保設(shè)備正常運(yùn)行；系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，MEMS傾角傳感器將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集儀、無(wú)線(或有線)發(fā)送模塊傳遞到變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器。如圖5，橋梁支座在豎向發(fā)生變形，例如橋梁支座頂板或底板傾斜時(shí)，將產(chǎn)生傾斜角度a1，MEMS傾角傳感器將感應(yīng)到上述傾斜角度a1，并將其通過(guò)電纜線傳輸給數(shù)據(jù)采集儀，最終經(jīng)發(fā)送模塊傳遞到變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器。如圖6，橋梁支座在水平方向發(fā)生變形時(shí)，將產(chǎn)生傾斜角度a2，MEMS傾角傳感器將傾斜角度a2傳輸給數(shù)據(jù)采集儀。變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括所測(cè)量的傾斜角度、MEMS傳感器的計(jì)算長(zhǎng)度等進(jìn)行如下計(jì)算：

S_i＝L_i*sin(a_i)

S_i為第i個(gè)MEMS傾角傳感器測(cè)得的所在位置處的支座變形量，L_i為第i個(gè)MEMS傾角傳感器的計(jì)算長(zhǎng)度，a_i為第i個(gè)MEMS傾角傳感器測(cè)得的所在位置處的支座傾斜角度，i為1到N的整數(shù)，N為布置在橋梁支座上的MEMS傾角傳感器的總數(shù)量。其中，MEMS傳感器的計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)形式、MEMS芯片的安裝位置、實(shí)際需要測(cè)量的橋梁支座變形大小等來(lái)確定；例如當(dāng)需要監(jiān)測(cè)很大范圍內(nèi)的支座變形時(shí)，MEMS傾角傳感器須盡可能做成均勻的細(xì)桿狀(在允許的情況下，長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好)，MEMS芯片能良好的適應(yīng)橋梁支座變形，所取的計(jì)算長(zhǎng)度可以等于或稍小于MEMS傾角傳感器本身的長(zhǎng)度；而若只需要監(jiān)測(cè)小范圍內(nèi)的支座變形時(shí)，MEMS傾角傳感器則可以制作的更為短小，所取的計(jì)算長(zhǎng)度也可以遠(yuǎn)小于傳感器本身的長(zhǎng)度。前述對(duì)結(jié)構(gòu)交接處差異沉降值的求解為常規(guī)的數(shù)學(xué)正弦函數(shù)關(guān)系式。

之后變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器對(duì)所有支座的變形量進(jìn)行自動(dòng)分析統(tǒng)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)所計(jì)算的橋梁支座變形超過(guò)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或者實(shí)際使用所設(shè)定的限值時(shí)，變形監(jiān)測(cè)服務(wù)器啟動(dòng)報(bào)警模式，并將超限預(yù)警信息以電話、短信、郵件等形式及時(shí)通知橋梁相關(guān)的管理員和技術(shù)人員。

在橋梁支座實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于需要需額外增加新的MEMS傾角傳感器時(shí)，只要在新增加的傳感器內(nèi)設(shè)置一個(gè)不同于已有傳感器的編碼(識(shí)別碼)即可，傳感器的擴(kuò)容十分方便。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化(例如將MEMS傾角傳感器、電纜線、數(shù)據(jù)采集儀和發(fā)送模塊整合為一個(gè)數(shù)據(jù)采集發(fā)送端)，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。