敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置.pdf

本发明公开了一种敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，包括：移动小车，能够在待测桥梁上移动；信号拾取装置，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的敲击载荷的响应信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的响应信号，本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置能够全面、实时、有效且精确地采集桥梁响应信号，从而满足敲击扫描式桥梁损伤检测的需求。

权利要求书一种敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，包括：
移动小车，能够在待测桥梁上移动；
信号拾取装置，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的敲击载荷的响应信号；
信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的响应信号。
根据权利要求1所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动所述移动小车在待测桥梁上移动。
根据权利要求2所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述驱动装置为牵引车辆。
根据权利要求1所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述移动小车包括：
车身；
车轮，设置于所述车身，所述车轮为刚性轮盘且直接接触待测桥梁表面。
根据权利要求4所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述车轮包括一个前车轮和两个后车轮，所述前车轮位于所述移动小车的纵向车身轴线上，两个所述后车轮对称地设于所述纵向车身轴线的两侧。
根据权利要求5所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述车身上设有施加敲击载荷的敲击装置；
所述信号拾取装置设置有一个，其设置于所述移动小车两个所述后车轮的通轴上，且所述信号拾取装置位于所述敲击装置正下方。
根据权利要求5所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述信号拾取装置设置有两个，均设置于所述移动小车两个所述后车轮的通轴上，两个所述信号拾取装置对称的位于所述移动小车的纵向车身轴线的两侧。
根据权利要求1至7中任一项所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述信号拾取装置为加速度传感器。
根据权利要求1所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述信号收集装置连接一信号处理系统，所述信号收集装置收集所述信号拾取装置拾取到的响应信号并将其传送至所述信号处理系统进行处理。
根据权利要求1或9所述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其特征在于，所述信号收集装置为高精度数据采集卡。

说明书敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置
技术领域
本发明涉及一种信号采集系统，特别是涉及一种敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置。
背景技术
伴随着科技的进步以及交通运输需求的提高，各式公路及轨道交通用桥梁的数量飞速增长，这些桥梁在使用的过程中，不断受到温度变化、强风、降雨等外界环境的侵蚀，同时受到车辆载荷、车辆冲击的长期反复作用，并且部分桥梁还会遭到洪水、地震等自然灾害的损伤，随着使用年限的增加，桥梁普遍出现不同程度的疲劳效应和老化现象，桥体累积了大量的外界损伤，导致很多桥梁成为一定意义上的危桥，国内外的桥梁均出现过大量的垮塌实例，严重的威胁到了人们的生命安全和财产安全，所以，实时有效的对桥梁进行损伤检测十分重要。
目前，现有的桥梁损伤识别技术可以分为离线局部检测和在线整体监测两种方式：离线局部检测是指在桥梁不工作时，采用无损检测手段，如肉眼观察、超声波、电磁涡流、X射线等，来仔细探测结构中的损伤，此类方法检测精度较高，但是往往需要中断交通，影响桥梁的正常工作，且需要事先知道损伤的大概位置，存在检测死角，检测效率低；在线整体监测则是在桥梁结构内预置传感器，实时的获取结构响应信号，来推断其中的损伤情况，此种方法虽然不需要中断桥梁交通，但检测精度较低，并且还存在传感器的安装、海量信号的传输与存储以及传感器的抗噪性、耐久性等问题。
针对上述技术问题，本发明人计划研制开发一种敲击扫描式桥梁损伤检测的技术方案，能够简便高效、高精度的完成桥梁检测，通过对桥梁施加敲击载荷，同时采集桥梁的响应信号，来检测桥梁损伤。其中，能否完整有效且高精度的采集响应信号将对检测结果的准确性有重大影响，是关键性的一个环节。
首先，整个桥梁的任一部分均有可能存在损伤，所以敲击载荷应能扫描式地施加于待测桥梁，相应的，整个待测桥梁任一部位的响应信号均应做到全面、实时、有效的得到采集，也就是说信号采集装置应具备扫描式信号采集的功能，才能使预期的桥梁检测得以实现。另外，为了获得高精度的检测结果，信号采集必须准确，保证所采集到的信号为有价值的、真实的桥梁响应信号，而由于桥梁表面情况复杂多样，实际检测时周围环境又很难达到理想状态，各种干扰噪声都有可能严重影响信号采集结果。
另外，现有的检测方式往往需要中断桥梁交通，否则其他交通车辆的噪声将产生严重干扰，也就是说检测期间桥梁的运能将为零，这将造成严重的运力损失，并给当地交通造成压力，所以，如何能够在不中断桥梁交通的前提下准确对桥梁进行检测，不受周围交通噪声的干扰，一直是本技术领域的技术难题。
综上所述，现有的信号采集装置已远远无法满足要求，需要开发一种经过精确研究设计的信号采集装置，以填补技术空白
发明内容
本发明的目的在于提供一种敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，能够全面、实时、有效且精确地采集桥梁响应信号，从而满足敲击扫描式桥梁损伤检测的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，包括：移动小车，能够在待测桥梁上移动；信号拾取装置，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的敲击载荷的响应信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的响应信号。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动所述移动小车在待测桥梁上移动。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述驱动装置为牵引车辆。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述移动小车包括：车身；车轮，设置于所述车身，所述车轮为刚性轮盘且直接接触待测桥梁表面。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述车轮包括一个前车轮和两个后车轮，所述前车轮位于所述移动小车的纵向车身轴线上，两个所述后车轮对称的设于所述纵向车身轴线的两侧。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述车身上设有施加敲击载荷的敲击装置；所述信号拾取装置设置有一个，其设置于所述移动小车两个所述后车轮的通轴上，且所述信号拾取装置位于所述敲击装置正下方。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述信号拾取装置设置有两个，均设置于所述移动小车两个所述后车轮的通轴上，两个所述信号拾取装置对称地位于所述移动小车的纵向车身轴线的两侧。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述信号拾取装置为加速度传感器。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述信号收集装置连接一信号处理系统，所述信号收集装置收集所述信号拾取装置拾取到的响应信号并将其传送至所述信号处理系统进行处理。
优选的，上述的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置，其中，所述信号收集装置为高精度数据采集卡。
本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置至少具有以下优点及特点：
1、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置包括一移动小车，该移动小车可在待测桥梁表面移动，移动小车上设有信号拾取装置，从而在移动小车移动的同时，可实现对待测桥梁的扫描式信号采集，以满足敲击扫描式桥梁损伤检测的需求。
2、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置能够做到全面、实时、有效地采集桥梁响应信号，信号采集精度高，能够避免周围环境噪声干扰，信号采集数据结果能够反映真实的桥梁响应信号。
3、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置能够在不中断桥梁正常交通的情况下进行信号采集，且信号采集准确，不损失桥梁的运能，具有非常大的社会效益和经济效益。
4、本发明的信号采集装置的信号拾取装置设置于移动小车上，移动小车经过特殊设计，具有刚性结构，能够将待测桥梁的响应信号真实有效地传递至信号拾取装置，并且移动小车本身平稳性好，在信号采集过程中不会产生振动干扰，进一步保证了检测结果的准确性。
5、本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测的信号采集装置结构简单，成本低，灵活便捷且能够适应多种检测环境。
附图说明
图1为本发明敲击扫描式桥梁损伤检测信号采集装置一实施例结构示意图；
图2为本发明敲击扫描式桥梁损伤检测信号采集装置一实施例与敲击装置组合设置结构示意图；
图3为本发明敲击扫描式桥梁损伤检测信号采集装置另一实施例结构示意图；
图4为本发明信号采集装置设于敲击扫描式桥梁损伤检测设备结构示意图；
图5为本发明信号采集装置中移动小车结构示意图。
主要元件标号说明：
1   移动小车
10  驱动装置
11  车身
12  前车轮
13  后车轮
14  通轴
21  敲击装置
31  信号拾取装置
32  信号收集装置
L   车身轴线
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
请结合参考图1、图2及图4，其中，图1为本发明信号采集装置一实施例结构示意图，图2为本发明信号采集装置一实施例与敲击装置组合设置结构示意图，图4为本发明信号采集装置设于敲击扫描式桥梁损伤检测设备结构示意图，为实现对桥梁进行整体敲击扫描式损伤检测，需要设计一种敲击扫描式桥梁损伤检测设备，其中即包括本发明的信号采集装置，以及其余的敲击装置和信号处理系统等，敲击装置产生敲击载荷并将其施加于待测桥梁，本发明的信号采集装置则主要用于对待测桥梁进行扫描式信号采集，以全面、实时、有效地采集获得桥梁的响应信号，从而能够满足整个敲击扫描式桥梁损伤检测需求，本发明信号采集装置最终采集获得的桥梁响应信号将输送至信号处理系统加以处理分析，得到桥梁损伤信息。由上述可知，本发明信号采集装置是整个敲击扫描式桥梁损伤检测的关键一环，对能否准确地检测出桥梁损上信息有重大影响。
如图所示，本发明的信号采集装置主要包括：移动小车1，能够在待测桥梁上移动；信号拾取装置31，设置于移动小车1上，用于检测并拾取待测桥梁传递到移动小车1上的敲击载荷的响应信号；信号收集装置32，连接于信号拾取装置31，收集信号拾取装置31拾取到的响应信号并将其传送至信号处理系统进行处理。
移动小车1上设置有信号拾取装置31，并可设置敲击装置21(如图2所示)，移动小车在待测桥梁上移动的同时，信号拾取装置31可对待测桥梁进行扫描式的信号检测和采集。移动小车1可连接一驱动装置10，并由该驱动装置10驱动而在待测桥梁上移动，本实施例中，驱动装置10为一牵引车辆，牵引移动小车1运动。在其他实施例中，移动小车1也可自身具有动力，而可在桥梁上移动。
请结合参考图5，为本发明信号采集装置中移动小车结构示意图，移动小车除了具有承载的作用外，如上所述，其还起到传递桥梁响应信号的作用，所以，移动小车本身应经过特殊设计以降低或者完全消除对响应信号的缓冲作用和干扰，使响应信号能够完整有效地传递并由信号拾取装置31所拾取。例如在本实施例中，移动小车1包括有车身11和车轮，其中车身11可为刚性车身，车身11材料可优选为钢材，车身11的各个零部件之间采用固接方式连接，并且各部件紧密贴合，以降低或者消除车身各零部件之间产生碰撞而干扰响应信号的传递。车身11本身设计为具有刚性悬挂装置，从而不会缓冲减弱响应信号。另外，车身11的重量以及构造也应经过特定设计，在设计和生产的过程中，根据车身的重量以及结构就确定了移动小车本身的固有频率，而在向移动小车11施加敲击载荷时，应注意敲击载荷的频率，避免移动小车产生共振现象。车身11的重量不宜过轻，以免施加敲击载荷时产生跳动，影响响应信号的传递。
车轮也为刚性车轮，设置于车身11下方或两侧，其选材优选的可为钢材，以具有良好的抗冲击性能和响应信号传递性能，车轮外缘无塑胶轮胎等缓冲部件，也就是说车轮为刚性轮盘(如钢制轮盘)，刚性轮盘直接接触待测桥梁的表面，以直接有效的传递桥梁响应信号。本实施例中，移动小车1的车轮包括有前车轮12和后车轮13，前车轮12设有一个，后车轮13设有两个，前车轮12位于移动小车的纵向车身轴线L上，两个后车轮13对称的设于车身轴线L的两侧，前车轮12和两个后车轮13形成等腰三角形，从而使移动小车1的移动更加稳定，不易发生跳动或者颠簸，使信号检测更加准确。当然，移动小车车轮的数量及布设方式可根据实际测量环境灵活设计，本领域技术人员可根据上述公开内容变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。
信号拾取装置31设置于移动小车1上，其可直接设置于移动小车的车身上，也可设置于移动小车的其他位置。信号拾取装置31设置数量可为一个或者多个，且设置位置可根据实际检测需要而灵活调整，以便能够检测到最灵敏、最准确的响应信号，一般来说，信号拾取装置31离桥面越近，其检测的灵敏度和准确度越高。信号拾取装置31可为传感器，例如常见的加速度传感器、速度传感器、位移传感器等。本实施例中，信号拾取装置31为加速度传感器，其设置有一个，该加速度传感器可设置于移动小车1上的任何位置，而为了使信号采集的灵敏度最高、精确度最高，优选的，该加速度传感器设置于移动小车2的两个后车轮13的通轴14上，且位于敲击装置21的正下方(如图2所示)，此位置能够采集到最佳的敲击载荷的响应信号。一般来说，敲击装置21为直接固设于移动小车车身11的中部位置，而相应的加速度传感器则是位于通轴14的中间位置。
在另一优选实施例中，请参考图3，为本发明敲击扫描式桥梁损伤检测信号采集装置另一实施例结构示意图，信号拾取装置31设置有两个，两个信号拾取装置31分别设置于通轴14上，位于通轴14的两端，且进一步优选的两信号拾取装置31对称的位于纵向车身轴线L的两侧，两个信号拾取装置31同步进行响应信号的检测和拾取，这样，两个信号拾取装置31所拾取的信号可综合取平均值，可使检测结果进一步精确。两个信号拾取装置31可同为加速度传感器，从而相当于组成了角加速度传感器，这样不但每个加速度传感器可检测到各自的信号，两个加速度传感器组合还可以检测出桥梁的偏斜以及更加具体地反映出桥梁损伤的位置信息，比如图3中所示的，若桥梁损伤偏于左侧，那么左侧的加速度传感器所检测到的信号的幅值或者灵敏度等等将明显大于右侧的加速度传感器，从而检测人员可得知损伤的大概位置是偏于左侧。本实施例的信号采集装置的其余结构和功能与上述实施例均相同，故不再重复说明。
当然，信号拾取装置31所采用的种类、所设置的数量及位置等，都可以根据实际环境和需要进行灵活调整，本领域技术人员可根据上述公开的实施例内容变通出多种实施例，但其均应属于本发明的保护范围。
信号收集装置32连接于信号拾取装置31，若信号拾取装置31设置有多个，则每个信号拾取装置31均与信号收集装置32相连，信号收集装置32收集一个或者多个信号拾取装置31拾取到的响应信号并将其传送至一信号处理系统进行处理，所述的信号处理系统即为本发明人所设计的能够处理信号拾取装置31拾取的检测信号得出桥梁损伤信息的计算机系统。为了获得高质量的测量数据，所述的信号收集装置32可为高精度的数据采集卡，数据采集卡可整合至上述的牵引车辆内部，关于高精度数据采集卡，已为市面上的常规零件，故不再详细说明。
以上即为本发明信号采集装置的结构组成，由上述可知，驱动装置10牵引移动小车1在待测桥梁上移动，为了后期能够方便准确地确定桥梁损伤位置，驱动装置10和移动小车1应尽量为匀速运动。与此同时，敲击装置21对桥梁施加敲击载荷，而设置于移动小车1上的信号拾取装置31在对桥梁的响应信号进行扫描式的检测和采集，响应信号由移动小车1传递，接着由信号拾取装置31拾取，再由信号收集装置32进行收集，传送至信号处理系统进行分析处理，以获得桥梁损伤信息。
综上所述，本发明的敲击扫描式桥梁损伤检测信号采集装置能够全面、实时、有效且精确的采集桥梁对敲击载荷的响应信号，从而满足敲击扫描式桥梁损伤检测的需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。