一种斜拉桥斜拉索的自适应无线温度监测装置及安装方法

本发明涉及斜拉桥斜拉索索体监测领域，具体涉及一种斜拉桥斜拉索的自适应无线温度监测装置及安装方法。

背景技术：

1、斜拉桥作为大跨度桥梁的重要结构形式，其斜拉索索体的温度变化对桥梁整体受力与结构安全有着关键影响，温度梯度差异会导致索体产生不均匀变形，进而改变索力分布，长期作用下可能引发索体疲劳、松弛甚至断丝等病害，严重威胁桥梁运营安全；因此，对斜拉桥斜拉索索体进行精准、实时的温度监测，是桥梁结构健康管理体系中的核心环节之一。

2、目前，行业内针对斜拉桥斜拉索索体的温度监测主要采用接触式温度传感器，其中应用较为广泛的包括pt100铂电阻温度传感器、ntc热敏电阻传感器以及光纤光栅温度传感器等；以市面上常见的pt100温度传感器为例，其安装方式通常是通过专用夹具或绑扎带将传感器直接固定在索体表面的指定测点，其结构由敏感元件、信号调理模块、无线传输单元和供电模块组成，敏感元件负责感知索体温度变化，信号调理模块将温度信号转换为可识别的电信号，无线传输单元通过lora、nb-iot等低功耗通信协议将数据发送至监测基站，供电模块则多采用锂电池或太阳能电池板为整个系统供电；

3、在实际使用pt100温度传感器进行温度监测的过程中，为桥梁结构的热胀冷缩分析、索力修正等提供基础数据，需要在斜拉索索体对应测点的向阳面和背阴面分别安装传感器以监测环境温差，但由于传感器通过夹具或绑扎带在测点位置进行长期固定，向阳面的传感器持续暴露在阳光直射下，面临更高的环境温度、紫外线辐射以及风雨侵蚀，导致传感器的老化速度远快于背阴面的传感器，不仅缩短了传感器的整体使用寿命，还会因元件老化导致温度测量精准性下降，进而影响索体温度监测数据的可靠性，给桥梁结构的安全评估带来隐患。

4、因此，本发明提出一种斜拉桥斜拉索的自适应无线温度监测装置及安装方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种斜拉桥斜拉索周期性切换位置，降低了单一传感器长期暴露于恶劣环境导致老化加速和测量精度误差增大的风险，提高监测可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种斜拉桥斜拉索的自适应无线温度监测装置，包括索体，索体上同轴可拆卸连接有固定底座，固定底座边缘沿其周向固定连接有固定环，固定环内侧壁沿其周向开有环形滑动槽，索体上同轴转动连接有与固定环对应的活动环，活动环内侧壁与索体外侧壁贴合，活动环外侧壁对称固定连接有滑动块，滑动块均位于环形滑动槽内且均与环形滑动槽滑动配合，固定底座上设有用于控制活动环转动的控制组件，活动环内侧壁对称开有固定槽，固定槽内均固定连接有温度传感器，固定底座上内嵌有控制器，控制器与温度传感器均电连接，活动环内侧壁对称设有用于清理温度监测区域索体表面的清理组件，控制器内设有无线传输组件。

3、上述方案的技术原理如下：

4、通过控制器驱动控制组件运行，利用控制组件带动活动环沿索体周向转动（使活动环进行±180°的往复转动），以带动温度传感器沿索体周向移动，实现对索体表面的不同角度进行温度测量，尤其是向阳面与背阴面，在活动环转动过程中，活动环内侧的清理组件在转动过程中刮除索体表面的污物，减少对温度传感器与索体之间的接触干扰；同时通过温度传感器的位置变化避免某一温度传感器长期处于恶劣环境中，进而影响监测精度。

5、采用上述方案有以下有益效果：

6、1、本方案，通过活动环调整温度传感器的位置，避免向阳背阴面的温度传感器长期处于同一环境内，导致其老化程度不同，如向阳面因长期暴晒导致温度监测精度远低于背阴面的温度监测精度，增大了数据误差；

7、2、本方案，在活动环转动过程中，清理组件在温度传感器到达测点之前先接触该区域，利用清理组件实现索体表面的预清洁，减少了索体表面污物对热传导的干扰，以提高温度监测的精准性；

8、3、本方案，通过位置转换降低了温度传感器长期处于暴晒环境下，相比传统的固定位置，延长了温度传感器的使用寿命。

9、进一步，控制组件包括电机，电机机身与固定底座靠近固定环一侧固定连接，电机输出轴同轴固定连接有主齿轮，主齿轮啮合有副齿轮，副齿轮与活动环同轴固定连接，电机与控制器电连接。

10、有益效果：通过控制器控制电机运行，电机输出轴带动主齿轮转动，主齿轮带动副齿轮和活动环转动，通过活动环转动以实现温度传感器的位置变化。

11、进一步，清理组件均包括若干沿活动环高度方向倾斜设置的刮条，且刮条的倾斜方向均相同，刮条的横截面均设置为锥形结构，刮条锥形结构的尖端均与索体表面接触。

12、有益效果：刮条沿活动环高度方向倾斜，锥形尖端接触索体，活动环带动刮条周向运动，倾斜尖端产生切向分力，铲除并排走污物。

13、进一步，刮条均由硅胶制成。

14、有益效果：利用硅胶的高摩擦系数和弹性性质，使刮条适应索体表面，同时避免刚性接触损伤索体表面。

15、进一步，固定环外侧壁沿其周向固定连接有若干太阳能板，固定环内固定连接有蓄电池，蓄电池与控制器、温度传感器和电机均电连接。

16、有益效果：通过太阳能板实现自供电，配合蓄电池在夜间与阴天也能持续供电，无需额外布线提供电源。

17、进一步，固定底座和固定环表面均设有防腐涂层。

18、有益效果：利用防腐涂层降低雨水以及桥梁的高湿、盐雾环境对固定底座的损坏，延长使用周期。

19、进一步，温度传感器的探头表面均涂覆有耐磨涂层。

20、有益效果：通过耐磨涂层减小长期转动摩擦对探头的磨损，保持导热性能。

21、进一步，无线传输组件包括无线信号收发模块，无线信号收发模块与监控平台信号连接。

22、有益效果：通过无线信号收发模块远程接收温度数据，便于操作人员根据温度监测数据以及环境情况调整活动环的转动策略（如转动速度等）。

23、进一步，固定底座由对称的两个弧形底座板组成，弧形底座板的两端均固定连接有螺母座。

24、有益效果：通过弧形底座板形成抱箍式结构，便于将固定底座安装于索体上。

25、进一步，一种斜拉桥斜拉索的自适应无线温度监测装置的安装方法，包括以下步骤：

26、s1：确定位置：选择具有代表性的索体，在该索体的1/3和1/2处设置截面测点；

27、s2：基座安装：将两个弧形底座板的内侧壁与索体外侧壁贴合，使用螺栓通过螺母座将两个弧形底座板固定于索体上形成固定底座；

28、s3：测量件安装：将温度传感器安装于固定槽内，并将活动环上的滑动块卡入环形滑动槽内，随后将活动环和固定环套设于索体上，最后将固定环安装在固定底座上，完成安装；

29、s4：自适应控制：完成安装后，在运行过程中控制器根据实时监测温差、温度传感器采样间隔和活动环的转动频率数据自动优化转动周期和停留角度，当向阳面与背阴面的温差超过阈值时，提高活动环的转动频率，当向阳面与背阴面的温差在阈值范围内保持平稳时，降低活动环的转动频率，并将运行状态和温度数据通过无线信号收发模块上传至监控平台，供操作人员远程调整控制参数，实现装置的自适应监测管理。

30、有益效果：首先，在索体1/3和1/2处设置测点，使得温度监测能够覆盖索体关键受力区段，避开斜拉索两端锚固结构的边界效应，为后续自适应转动控制提供具有代表性的监测位置；其次，采用两个弧形底座板配合螺母座和螺栓固定的方式，无需对索体进行焊接或打孔，即形成稳定同轴的固定底座，既保证了固定环与索体之间的定位精度，又为活动环的转动提供了支撑；接着，将活动环上的滑动块卡入环形滑动槽内，实现了活动环与固定环的滑动配合，使活动环能够沿索体周向顺畅转动，同时将温度传感器预先安装于固定槽内，确保温度传感器在转动过程中与索体表面保持贴合；最后，将固定环安装在固定底座上，完成整体装置的封装。