基于一種位移傳感器的橋梁撓度測量系統(tǒng)

張帆++李佳琦

摘 要：橋梁撓度是指橋梁在荷載作用下的最大變形。由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件的制約，該文研制開發(fā)出一款小型、操作簡單、易移植的撓度測量系統(tǒng)。闡述說明了位移傳感器的組成與測量原理，實(shí)現(xiàn)將電壓放大并作為模擬量輸入發(fā)送給主機(jī)。系統(tǒng)對電壓值判斷后將判別結(jié)果作為數(shù)字量輸出，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器做相應(yīng)反應(yīng)，同時(shí)服務(wù)器也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取和實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)控制方案的可行性和正確性，并對誤差原因進(jìn)行分析。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值及實(shí)際工程應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 橋梁 ； 撓度 ； 位移傳感器 ； 放大電路 ； 遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號：U442 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0239-01

Abstract：Deflection of bridge span means the maximum deformation when bridge is under the action of load. Due to the constraints of laboratory conditions，the article develops a system for measuring bridge deflection，which is small，simple，portable.The article intruduces the composition of displacement transducer and sends it to the host as analogy input.The system judges the voltage and output it as digital output， driving buzzer to do the corresponding response.At the same time ，Servers can realize remote data access and real-time monitor.Experimental results verify the feasibility and correctness of the control system scheme and analyze the error cause. Therefore， the system has a strong promotion value and practical engineering application prospects.

Key words： bridge； span； displacement transducer； amplifier circuit； remote data access

1 引言

橋梁撓度作為橋梁結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，在橋梁檢測、危橋改造以及新橋驗(yàn)收等方面都需要準(zhǔn)確測量橋梁的靜、動(dòng)態(tài)撓度值。隨著對橋梁關(guān)鍵點(diǎn)測量數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，人們研究出了許多測量方法。有目前常用的撓度測量方法有位移計(jì)法、水準(zhǔn)儀法、全站儀法、百分表、千分表，光電法等。本文使用位移傳感器模擬橋梁撓度進(jìn)行測量。

2 測量系統(tǒng)組成與原理

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由電源，位移傳感器，電壓放大電路，數(shù)據(jù)采集卡，軟件系統(tǒng)與蜂鳴器預(yù)警電路等組成。其中位移傳感器使用LDVT位移傳感器，電壓放大電路與蜂鳴器電路自行搭建，軟件系統(tǒng)基于MFC實(shí)現(xiàn)。

2.1.1 電壓放大電路

電壓放大電路使用OP07芯片實(shí)現(xiàn)，由于放大倍數(shù)為2倍，則采用差分放大電路實(shí)現(xiàn)。電壓增益為Av = -Rf/R1。電阻阻值分別為R1=10KΩ，Rf=20KΩ。如圖1所示。

2.1.2 蜂鳴器預(yù)警電路

蜂鳴器預(yù)警電路原理如下：當(dāng)撓度低于閾值，則系統(tǒng)正常工作。即輸出數(shù)字量為0，由于為低電平，則蜂鳴器不會(huì)發(fā)出響聲。否則輸出1，高電平使得蜂鳴器發(fā)出響聲，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。如圖2所示。

2.2 測量原理

首先使用電源，選擇合適的電壓給位移傳感器供電，使其工作。將輸出電壓接入放大增益為2倍的放大電路。該電路是由差分放大電路實(shí)現(xiàn)的，具體原理參見上述原理。電壓放大后，接入數(shù)據(jù)采集卡作為模擬量輸入傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，并由軟件系統(tǒng)接收到的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能，并判斷與設(shè)定閾值的關(guān)系，此閾值可以由用戶提前輸入，也可以通過遠(yuǎn)程通信進(jìn)行設(shè)置。若撓度低于閾值，則系統(tǒng)正常工作。否則，系統(tǒng)報(bào)警且蜂鳴器響。同時(shí)，對于處在統(tǒng)一局域網(wǎng)的主機(jī)，可實(shí)現(xiàn)兩機(jī)之間通信，在另一臺(tái)主機(jī)上可觀察到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)曲線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信。

本系統(tǒng)使用MFC程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)量的采集以及后續(xù)處理，過程為系統(tǒng)標(biāo)定、撓度采集、實(shí)時(shí)曲線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、系統(tǒng)預(yù)警等功能實(shí)現(xiàn)原理如下：首先對數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采集到模擬量輸入數(shù)據(jù)之后，將其存入文本文件。并基于MFC程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)曲線顯示功能。具體流程如下：使用Ontimer（）定時(shí)器函數(shù)，在實(shí)現(xiàn)過程中調(diào)用invalidate（）函數(shù)。由于此函數(shù)默認(rèn)觸發(fā)Onpaint（）函數(shù)，此時(shí)可以對edit繪圖窗口控件進(jìn)行編輯。由于update（）函數(shù)功能為更新數(shù)據(jù)，則在每次更新時(shí)，都可使用上述過程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新功能。

3 結(jié)論

本文所述的基于位移傳感器的橋梁撓度系統(tǒng)具有操作簡便，易移植等優(yōu)點(diǎn)，能夠模擬基本的橋梁撓度檢測過程，并且在一定誤差下，較好的完成了測量功能。滿足基本速度要求與精度要求。實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)定閾值情況下，可以較好的滿足靈敏度要求。其中由于使用MFC開發(fā)完成的工具，要求速度也得到了基本保證。本系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)室模擬橋梁撓度提供了一種新方法，有助于初次接觸橋梁撓度和深入設(shè)計(jì)的人員使用，且具有簡便快捷易懂的優(yōu)點(diǎn)。

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