基于一种位移传感器的桥梁挠度测量系统

张帆++李佳琦

摘 要：桥梁挠度是指桥梁在荷载作用下的最大变形。由于实验室环境条件的制约，该文研制开发出一款小型、操作简单、易移植的挠度测量系统。阐述说明了位移传感器的组成与测量原理，实现将电压放大并作为模拟量输入发送给主机。系统对电压值判断后将判别结果作为数字量输出，驱动蜂鸣器做相应反应，同时服务器也可实现远程数据读取和实时监控。实验结果验证了系统控制方案的可行性和正确性，并对误差原因进行分析。系统具有很强的推广价值及实际工程应用前景。

关键词： 桥梁 ； 挠度 ； 位移传感器 ； 放大电路 ； 远程监控

中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：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

桥梁挠度作为桥梁结构的一个重要参数，在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。随着对桥梁关键点测量数据技术的发展，人们研究出了许多测量方法。有目前常用的挠度测量方法有位移计法、水准仪法、全站仪法、百分表、千分表，光电法等。本文使用位移传感器模拟桥梁挠度进行测量。

2 测量系统组成与原理

2.1 系统组成

系统主要由电源，位移传感器，电压放大电路，数据采集卡，软件系统与蜂鸣器预警电路等组成。其中位移传感器使用LDVT位移传感器，电压放大电路与蜂鸣器电路自行搭建，软件系统基于MFC实现。

2.1.1 电压放大电路

电压放大电路使用OP07芯片实现，由于放大倍数为2倍，则采用差分放大电路实现。电压增益为Av = -Rf/R1。电阻阻值分别为R1=10KΩ，Rf=20KΩ。如图1所示。

2.1.2 蜂鸣器预警电路

蜂鸣器预警电路原理如下：当挠度低于阈值，则系统正常工作。即输出数字量为0，由于为低电平，则蜂鸣器不会发出响声。否则输出1，高电平使得蜂鸣器发出响声，实现报警功能。如图2所示。

2.2 测量原理

首先使用电源，选择合适的电压给位移传感器供电，使其工作。将输出电压接入放大增益为2倍的放大电路。该电路是由差分放大电路实现的，具体原理参见上述原理。电压放大后，接入数据采集卡作为模拟量输入传输到计算机上，并由软件系统接收到的模拟量数据进行采集并实现实时显示功能，并判断与设定阈值的关系，此阈值可以由用户提前输入，也可以通过远程通信进行设置。若挠度低于阈值，则系统正常工作。否则，系统报警且蜂鸣器响。同时，对于处在统一局域网的主机，可实现两机之间通信，在另一台主机上可观察到数据实时曲线，实现数据远程通信。

本系统使用MFC程序实现数据量的采集以及后续处理，过程为系统标定、挠度采集、实时曲线、数据存储、系统预警等功能实现原理如下：首先对数据采集卡进行驱动，采集到模拟量输入数据之后，将其存入文本文件。并基于MFC程序实现实时曲线显示功能。具体流程如下：使用Ontimer（）定时器函数，在实现过程中调用invalidate（）函数。由于此函数默认触发Onpaint（）函数，此时可以对edit绘图窗口控件进行编辑。由于update（）函数功能为更新数据，则在每次更新时，都可使用上述过程实现数据更新功能。

3 结论

本文所述的基于位移传感器的桥梁挠度系统具有操作简便，易移植等优点，能够模拟基本的桥梁挠度检测过程，并且在一定误差下，较好的完成了测量功能。满足基本速度要求与精度要求。实验证明，设定阈值情况下，可以较好的满足灵敏度要求。其中由于使用MFC开发完成的工具，要求速度也得到了基本保证。本系统为实验室模拟桥梁挠度提供了一种新方法，有助于初次接触桥梁挠度和深入设计的人员使用，且具有简便快捷易懂的优点。

参考文献：

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