一种受弯构件变形的测量方法和便携式动态实时监测装置与流程

1.本发明涉及自动化监测技术，特别涉及一种便携式测量受弯构件变形的动态实时监测装置及测量方法。


背景技术：

2.受弯构件变形是工程结构领域中反应结构受力情况及表征的重要参数，变形测量作为结构受弯构件承载力试验及监测的必要参数，在工程检测和监测实践过程中有广泛应用，目前梁式/板式/柱受弯构件等的变形监测手段一般采用百分表，位移计或光学测量(如水准仪、全站仪等)方式。
3.传统方法受制于固定基准点或视线、视距限制，现场测试条件局限性较大，所费时间和成本也较多，且无法满足某些特定测试目标或高频及远程采集要求；例如，采用百分表或位移计测量需求固定端点或可靠支撑，将百分表或位移计一端安装于可靠支点处，通过测量受弯构件与固定端点之间的相对距离变化获得受弯构件变形数据，一般采用的方式为搭设支架，检测前所耗费时间和成本较高；
4.例如，采用光学测量方式测量，在采用水准测量或激光测量时，受现场可视环境影响交大，无法克服视距遮挡问题，且测量精度受视距和现场光照条件影响，过远、过亮、过暗直接影响测量精度，甚至观测可行性。另外，光学测量数据，特别是水准测量，需经过较长时间的计算处理才能得到变形结果，不利于实时监测。


技术实现要素：

5.本发明提供一种便携式测量受弯构件变形的动态实时监测装置及测量方法，通过利用倾角传感器的角度变化及相对受弯构件端点距离等参数计算得出相对位移及受弯构件整体变形曲线，整体装置方便便携，可应用于工程结构受弯构件的相对变形的实时观测，且不受外部条件所限，可实现高速、远程测试，实现实时观测及预警。
6.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
7.本公开的至少一实施例提供一种受弯构件变形的测量方法，所述测量方法适用于均质材料受弯构件的变形测量，所述测量方法包括：
8.(1)根据受弯构件的特性对倾角传感器的放置位置及数量布局；
9.(2)根据受弯构件实际特点和测量要求选择倾角传感器的固定方式；
10.(3)根据倾角传感器的角度变化及相对受弯构件端点距离计算得出受弯构件挠度及并拟合受弯构件整体变形曲线图。
11.本公开的至少一实施例提供一种受弯构件变形的测量方法，步骤(3)中受弯构件挠度具体测量方法：
12.当受弯构件测量方向为悬臂受弯构件时：
13.所述悬臂受弯构件上至少设有一个倾角传感器，分别测量每个倾角传感器对应放置点所产生的受弯构件挠度；
14.设测量悬臂受弯构件上倾角传感器布设测点距固定端距离为l’，变形后测量角度变化量为a’，计算受弯构件挠度x为，
15.x＝l’·
tan(a’)；
16.当受弯构件测量方向为两端固结支承时：
17.设测量倾角传感器位置距当受弯构件的两端点距离分别为l1和l2，其中l＝l1 l2，l为受弯构件总长，离倾角传感器至较近一侧受弯构件端点的距离l1；通过倾角传感器获取角度变化量为测点处变形曲线切线与原始位置切线夹角变化量α，其中α＝α
2-α1；α1是初始倾角测量值，α2是变形后倾角测量值；
18.以受弯构件纵向轴线为x坐标轴，中心垂线为y轴建立坐标轴，设圆心坐标(0，y0)，初始倾角传感器坐标为(l/2-l1，0)，变形后倾角传感器坐标为(l/2-l1，y)，因为受弯构件为均质材料向下弯曲变形，所以圆心的纵坐标y0恒为正值，变形后倾角传感器纵坐标y恒为负值；
19.根据三角函数建立等式1和等式2，并求解变形后倾角传感器的纵坐标y：
[0020][0021]
得出：
[0022][0023][0024]
变形后倾角传感器的纵坐标y为变形后倾角传感器位置到受弯构件原始轴线的垂直距离即为受弯构件挠度值。
[0025]
本公开的至少一实施例提供一种受弯构件变形的测量方法，所述固定方式包括直接固定在受弯构件上或通过可调方向的支架安装传感器。
[0026]
本公开的至少一实施例提供一种受弯构件变形的测量方法，所述可调方向的支架与受弯构件的固定方式包括胶粘、锚栓或焊接。
[0027]
本公开的至少一实施例提供一种受弯构件变形的测量方法，所述倾角传感器为单轴或多轴高精度倾角传感器。
[0028]
本公开的至少一实施例提供一种便携式动态实时监测装置，所述装置采用上所述的一种受弯构件变形的测量方法，包括：
[0029]
倾角传感器：用于测量节点，采用单轴或多轴高精度倾角传感器，并做防护封装；
[0030]
采集装置：用于信号采集，采集装置内置usb有线直连模块、lora模块、4g模块、蓝
牙模块和/或wifi模块，并适配不同信号传输方式；
[0031]
数据电源线：采用485串联模式进行测量节点-测量节点间及测量节点-采集端之间的数据传输，同时作为供电线路；
[0032]
适配电源：采用交流转直流电源或直流电源；
[0033]
移动终端：用于数据处理、展示、预警及报告生产；
[0034]
所述采集装置无线或有线采集倾角传感器测量的数据通过数据电源线传送至移动终端，最后由移动终端计算得出受弯构件挠度并拟合出受弯构件整体变形曲线。
[0035]
采用本方案进行测量时，需要保证受弯构件为均质物体，受弯可均匀变形，且变形近似为圆心在受弯构件中心延长线上的圆的圆弧；在测量过程中两侧支座受力前后位置不变；倾角传感器位置恒在建立的yoz坐标面，不考虑坐标平面外变形。
[0036]
本发明具有以下有益效果：
[0037]
(1)本发明无需搭设支架或不动点，不受光照环境及现场环境影响，实现全天候实时观测；
[0038]
(2)本发明可实现高速实时采样及数据处理分析；
[0039]
(3)本发明可作为远程动态监测设备，测量数据可存储于本地或上传于云端，实现远程动态观测及预警。
附图说明
[0040]
图1是本发明的测量方法流程图。
[0041]
图2是本发明的测量方向为悬臂受弯构件时的受弯构件的变形前后示意图。
[0042]
图3是本发明的测量方向为两端固结支承时的受弯构件的变形前后示意图。
[0043]
图4是本发明的非构件整体的约束条件下的测量轴线方向示意图。
[0044]
图5是本发明的动态实时监测装置示意图。
[0045]
图6是本发明变形的受弯构件近似为圆心在受弯构件中心延长线的示意图。
[0046]
图7是本发明具体实施例的倾角传感器布局图。
[0047]
图8是本发明具体实施例拟合得到的变形曲线图。
具体实施方式
[0048]
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述，应当指出的是，实施例只是对发明的具体阐述，不应视为对发明的限定，实施例的目的是为了让本领域技术人员更好地理解和再现本发明的技术方案，本发明的保护范围仍应当以权利要求书所限定的范围为准。
[0049]
如图1所示，本实施例提供一种受弯构件变形的测量方法，所述测量方法适用于均质材料受弯构件的变形测量，所述测量方法包括：
[0050]
s1，根据受弯构件的特性对倾角传感器的放置位置及数量布局；
[0051]
s2，根据受弯构件实际特点和测量要求选择倾角传感器的固定方式；
[0052]
所述倾角传感器为单轴或多轴高精度倾角传感器。
[0053]
所述倾角传感器的固定方式包括胶粘、锚栓或焊接。
[0054]
s3，根据倾角传感器的角度变化及相对受弯构件端点距离计算得出受弯构件挠度
及并拟合受弯构件整体变形曲线图；
[0055]
如图2所示，当受弯构件测量方向为悬臂受弯构件时：
[0056]
所述悬臂受弯构件上至少设有一个倾角传感器，分别测量每个倾角传感器对应放置点所产生的受弯构件挠度；
[0057]
设测量悬臂受弯构件上倾角传感器布设测点距固定端距离为l’，变形后测量角度变化量为a’，计算受弯构件挠度x为，
[0058]
x＝l’·
tan(a’)；
[0059]
如图3所示，当受弯构件测量方向为两端固结支承时：
[0060]
设测量倾角传感器位置距当受弯构件的两端点距离分别为l1和l2，其中l＝l1 l2，l为受弯构件总长，离倾角传感器至较近一侧受弯构件端点的距离l1；通过倾角传感器获取角度变化量为测点处变形曲线切线与原始位置切线夹角变化量α，其中α＝α
2-α1；α1是初始倾角测量值，α2是变形后倾角测量值；
[0061]
以受弯构件纵向轴线为x坐标轴，中心垂线为y轴建立坐标轴，设圆心坐标(0，y0)，初始倾角传感器a坐标为(l/2-l1，0)，变形后倾角传感器a’坐标为(l/2-l1，y)，因为受弯构件为均质材料向下弯曲变形，所以圆心的纵坐标y0恒为正值，变形后倾角传感器纵坐标y恒为负值；
[0062]
根据三角函数建立等式1和等式2，并求解变形后倾角传感器的纵坐标y：
[0063][0064]
得出：
[0065][0066][0067]
变形后倾角传感器的纵坐标y为变形后倾角传感器位置到受弯构件原始轴线的垂直距离即为受弯构件挠度值。
[0068]
优选的，所述受弯构件测量方向指在选择的测量轴线方向上构件两端端点的约束状态，只存在两端约束或一端约束另一端自由这两种情况，而非构件整体的约束条件，例如两端固结的板构件，选择测量轴线方向z1可以是两端固结，测量轴线方向z2也可能是一端固结一端自由(悬挑)，如图4所示，测量方法也可以采用上述两种方案进行解决，其中虚线指的测量轴线，实线代表沿轴线方向实际测量的长度。
[0069]
如图5所示，本实施例提供一种便携式动态实时监测装置，所述装置采用上所述的
一种受弯构件变形的测量方法，包括：
[0070]
倾角传感器1：用于测量节点，采用单轴或多轴高精度倾角传感器，并做防护封装；
[0071]
采集装置2：用于信号采集，采集装置内置usb有线直连模块、lora模块、4g模块、蓝牙模块和/或wifi模块21，并适配不同信号传输方式；
[0072]
数据电源线：采用485串联模式进行测量节点-测量节点间及测量节点-采集端之间的数据传输，同时作为供电线路；
[0073]
适配电源3：采用交流转直流电源或直流电源；
[0074]
移动终端4：用于数据处理、展示、预警及报告生产；
[0075]
受弯构件上布置多个倾角传感器1，所述采集装置2无线或有线采集倾角传感器1测量的数据通过数据电源线传送至移动终端4，最后由移动终端4计算得出受弯构件挠度并拟合出受弯构件整体变形曲线。
[0076]
如图6所示，采用本方案进行测量时，需要保证受弯构件为均质物体，受弯可均匀变形，且变形近似为圆心在受弯构件中心延长线上的圆的圆弧；假设倾角传感器放置在所述受弯构件的a处，随着受力的不断加大，所述倾角传感器放置在变形后所述受弯构件的b处或c处或d处或e处，变形后的受弯构件近似为圆心在受弯构件中心延长线上；在测量过程中两侧支座受力前后位置不变；倾角传感器位置恒在建立的yoz坐标面，不考虑坐标平面外变形。
[0077]
具体实施例：
[0078]
以受弯构件测量方向为两端固结支承时为例，在某受弯构件的某一测量方向设置6个倾角传感器，分别是传感器1#、传感器2#、传感器3#、传感器4#、传感器5#和传感器6，构件初始状态如图7所示，变形后通过测量倾角传感器位置距当受弯构件的端点距离和角度变化量，倾角传感器位置距当受弯构件的端点距离分别为l
1-l6和角度变化量(未画出)，计算得出变形后倾角传感器的纵坐标y1-y6，通过拟合得到变形曲线s，如图8所示。
[0079]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。