一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，由原位檢測裝置和無線網(wǎng)關(guān)裝置組成，原位檢測裝置包括斷裂線組件，通路檢測器，以及實現(xiàn)與無線網(wǎng)關(guān)裝置之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)腪igbee終端芯片；所述斷裂線組件由雙向正交排布的光纖或電阻斷裂線組成，并粘貼于正交異性鋼橋面板的疲勞開裂敏感區(qū)域或已有裂紋尖端前方區(qū)域；所述通路檢測器與斷裂線組件相連接，所述通路檢測器連接Zigbee終端芯片；無線網(wǎng)關(guān)裝置包括Zigbee主芯片，以及GPRS芯片。整個設(shè)備原理清晰，性能穩(wěn)定，擴(kuò)展性好，成本較低。該設(shè)備實現(xiàn)了對正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的長期自動監(jiān)測，可應(yīng)用于實際工程當(dāng)中。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，屬于鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測

【技術(shù)領(lǐng)域】。 一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 正交異性鋼橋面板由于結(jié)構(gòu)自重輕、整體效率高、跨越能力強(qiáng)、抗震性能好等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大、中跨度橋梁結(jié)構(gòu)中。但是，由于構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜、焊接缺陷難控制以及直 接承受車輛動力作用等原因，正交異性鋼橋面板也是鋼橋結(jié)構(gòu)中最容易發(fā)生疲勞破壞的部 位。自1971年英國Severn橋最早發(fā)現(xiàn)鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞裂紋以來，德國、法國、日 本、美國、荷蘭等國相繼出現(xiàn)了鋼橋面板疲勞開裂的報道，我國虎門大橋、海滄大橋、江陰大 橋等的正交異性鋼橋面板也已經(jīng)檢測到了大量疲勞裂紋。這些裂紋具有許多共性，并且通 常出現(xiàn)在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對接 焊縫等應(yīng)力集中明顯位置。因此，需要在實際工程中對在役正交異性鋼橋面板的疲勞開裂 情況進(jìn)行長期監(jiān)測。
[0003] 目前國內(nèi)對在役正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋尚未能實現(xiàn)實時自動監(jiān)測，基本都 是采用定期人工檢測的方法對鋼橋面板性能進(jìn)行監(jiān)控，其中使用最為廣泛的是目測法。目 測法存在許多局限性，比如現(xiàn)場情況可能導(dǎo)致檢測人員很難甚至無法到達(dá)某些疲勞開裂敏 感區(qū)域，以及人工目測可能無法精準(zhǔn)確定裂紋的尖端位置等。因此，也有一些利用電勢能落 差、超聲回傳等原理開發(fā)而成的鋼結(jié)構(gòu)裂紋探測設(shè)備，可實現(xiàn)對裂紋尺寸的準(zhǔn)確測量，但這 些設(shè)備同樣需要人工現(xiàn)場操作，可能存在部分區(qū)域不可達(dá)和操作空間受限的問題，也無法 通過遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)自動檢測和長期監(jiān)測。無論哪種方法，都需要人工尋找裂紋萌生的初始 位置，這對于包含有大量可能開裂位置（即焊縫連接區(qū)域）的正交異性鋼橋面板而言，工作 量無疑是巨大的。
[0004] 因此，需要設(shè)計一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，該設(shè)備應(yīng)能通過 在各種可能開裂位置布置裂紋檢測傳感器，代替人工現(xiàn)場操作，實現(xiàn)對鋼橋面板疲勞開裂 狀態(tài)的長期自動監(jiān)測，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與使用性。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的是提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對 正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的長期自動監(jiān)測。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，該設(shè)備由原位檢測裝置和實現(xiàn)無 線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)關(guān)裝置組成，其中：
[0008] 原位檢測裝置包括：斷裂線組件，通路檢測器，以及實現(xiàn)與無線網(wǎng)關(guān)裝置之間數(shù)據(jù) 傳輸?shù)腪igbee終端芯片；所述斷裂線組件由雙向正交排布的光纖或電阻斷裂線組成，并粘 貼于正交異性鋼橋面板的疲勞開裂敏感區(qū)域或已有裂紋尖端前方區(qū)域；所述通路檢測器與 斷裂線組件相連接，所述通路檢測器連接Zigbee終端芯片；
[0009] 無線網(wǎng)關(guān)裝置包括：能與Zigbee終端芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腪igbee主芯片，以及 具備與GPRS基站通訊功能的GPRS芯片；所述Zigbee主芯片與Zigbee終端芯片之間組成 Zigbee近距離無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。
[0010] 本實用新型通過在結(jié)構(gòu)原位安裝裂紋檢測裝置，以自動檢測替代人工檢測，節(jié)約 大量勞動力，同時保證檢測區(qū)域無死角。
[0011] 本實用新型斷裂線組件大小及內(nèi)部斷裂線間距和數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和定 制，滿足不同監(jiān)控區(qū)域范圍和檢測精度的要求。
[0012] 本實用新型采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，終端節(jié)點(diǎn)容量大且擴(kuò)展性強(qiáng)，可滿足多點(diǎn) 監(jiān)測的需求；傳輸距離較大，便于靈活安放無線網(wǎng)關(guān)的位置；無線終端功耗低，可大幅延長 內(nèi)置電池的更換時間。
[0013] 本實用新型所采用的裂紋檢測、無線傳輸?shù)扔布唵?、成本較低且市場應(yīng)用廣泛。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下的有益效果：
[0015] 本實用新型采用上述各硬件組合實現(xiàn)正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備， 整個設(shè)備原理清晰，性能穩(wěn)定，擴(kuò)展性好，各硬件均可以采用現(xiàn)產(chǎn)品實現(xiàn)，無需改造，成本較 低。該設(shè)備實現(xiàn)了對正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的長期自動監(jiān)測，可應(yīng)用于實際工程當(dāng)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本實用新型的其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：
[0017] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0018] 圖2為本實用新型的疲勞裂紋監(jiān)測區(qū)域分布圖；
[0019] 圖3為本實用新型的原位檢測裝置在橫隔板上(監(jiān)測區(qū)域一）的布置示意圖；
[0020] 圖4為本實用新型的原位檢測裝置在縱肋上(監(jiān)測區(qū)域二）的布置示意圖；
[0021] 圖5為本實用新型的原位檢測裝置在面板上(監(jiān)測區(qū)域三）的布置示意圖；
[0022] 圖中：原位檢測裝置1，無線網(wǎng)關(guān)裝置2,斷裂線組件3,通路檢測器4，Zigbee終端 芯片5, Zigbee主芯片6, GPRS芯片7,面板11、縱肋12、檢測區(qū)域一 13,檢測區(qū)域二14,監(jiān) 測區(qū)域三15,橋面鋪裝16,焊縫17,橫隔板18。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。 這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
[0024] 如圖1所示，本實用新型提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，由 原位檢測裝置1與無線網(wǎng)關(guān)裝置2組成。
[0025] 所述原位檢測裝置1由斷裂線組件3、通路檢測器4和Zigbee終端芯片5組成； 所述斷裂線組件3由雙向正交排布的光纖或電阻斷裂線組成，并粘貼于正交異性鋼橋面板 的疲勞開裂敏感區(qū)域或已有裂紋尖端前方區(qū)域；所述通路檢測器4與斷裂線組件3相連接， 所述通路檢測器4連接Zigbee終端芯片5 ;
[0026] 所述無線網(wǎng)關(guān)裝置2由Zigbee主芯片6和GPRS芯片7組成；所述Zigbee主芯 片6與Zigbee終端芯片5之間組成Zigbee近距離無線傳輸網(wǎng)絡(luò)；所述GPRS芯片7具備與 GPRS基站通訊功能。
[0027] 本實施例所述設(shè)備既能用于未開裂橋面板的疲勞裂紋萌生監(jiān)測，也能用于鋼橋面 板已有疲勞裂紋的擴(kuò)展情況監(jiān)測等。當(dāng)用于未開裂鋼橋面板的潛在裂紋萌生監(jiān)測時，將斷 裂線組件3粘貼在疲勞開裂敏感區(qū)域(如縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫 隔板與面板連接焊縫、縱肋對接焊縫等位置）的鋼板表面；對于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面 板，將光纖斷裂線組件3粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面。
[0028] 本實施例所述光纖斷裂線組件3的大小根據(jù)檢測區(qū)域范圍確定，其內(nèi)部斷裂線的 數(shù)量和間距也可按照檢測精度要求進(jìn)行調(diào)整。
[0029] 本實施例所述通路檢測器4自動檢測并記錄斷裂線組件的斷裂位置和斷裂時間， 并將檢測數(shù)據(jù)傳遞至Zigbee終端芯片5。
[0030] 本實施例所述Zigbee終端芯片5與Zigbee主芯片6組成Zigbee近距離無線傳 輸網(wǎng)絡(luò)，Zigbee終端芯片5將來自Zigbee主芯片6的外部監(jiān)測指令傳遞給通路檢測器4， 同時將裂紋檢測數(shù)據(jù)返回給Zigbee主芯片6。
[0031] 本實施例所述每個Zigbee主芯片6最多可同時與254個Zigbee終端芯片5建立 Zigbee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)需要設(shè)置多個Zigbee主芯片6。
[0032] 本實施例所述Zigbee主芯片6與Zigbee終端芯片5的最遠(yuǎn)通訊距離為2km，可在 全橋范圍內(nèi)靈活布置無線網(wǎng)關(guān)裝置2的位置。
[0033] 本實施例所述GPRS芯片8通過GPRS基站實現(xiàn)與服務(wù)器之間的無線通訊，從而將 遠(yuǎn)程控制指令傳送至Zigbee主芯片6,同時也將裂紋檢測數(shù)據(jù)從Zigbee主芯片6傳送至服 務(wù)器。
[0034] 本實施例上述系統(tǒng)使用時，可以與服務(wù)器配合，具體按照以下步驟操作：
[0035] 步驟1 :對于未開裂的正交異性鋼橋面板，將斷裂線組件3粘貼在縱肋與面板連接 焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對接焊縫等疲勞開裂敏感區(qū)域 的鋼板表面；對于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，將斷裂線組件3粘貼在裂紋尖端前方區(qū) 域的鋼板表面；
[0036] 步驟2 :將通路檢測器4連同Zigbee終端芯片5 -并粘貼在斷裂線組件3附近， 并形成連接通路；
[0037] 步驟3 :將集成有Zigbee主芯片6和GPRS芯片7的無線網(wǎng)關(guān)裝置2固定在橋面 板內(nèi)部中間位置；
[0038] 步驟4 :利用內(nèi)置電池啟動通路檢測器4、Zigbee終端芯片5和無線網(wǎng)關(guān)裝置2,實 現(xiàn)內(nèi)部Zigbee網(wǎng)絡(luò)及外部GPRS網(wǎng)絡(luò)連接成功；
[0039] 步驟5 :Zigbee終端芯片5、GPRS芯片8將通路檢測器4檢測的裂紋數(shù)據(jù)(包括斷 裂線組件的斷裂位置編號和斷裂時間等）傳輸?shù)椒?wù)器。
[0040] 上述的斷裂線組件3、通路檢測器4、Zigbee終端芯片5、Zigbee主芯片6、GPRS芯 片7均可以采用現(xiàn)有的產(chǎn)品實現(xiàn)，硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本較低且市場應(yīng)用廣泛。
[0041] 本實用新型中，上述的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器后，服務(wù)器可以根據(jù)實際 需要顯示斷裂線組件的斷裂位置編號和斷裂時間，從而實現(xiàn)監(jiān)測。
[0042] 當(dāng)然，服務(wù)器本身也可以進(jìn)一步擴(kuò)展，比如根據(jù)提供的裂紋數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理、統(tǒng)計 得到疲勞裂紋的位置、長度等信息，形成裂紋分布圖和裂紋監(jiān)測報告，這些服務(wù)器的具體擴(kuò) 展內(nèi)容不屬于本實用新型必須的組成。本實用新型主要是上述各個硬件組成的正交異性鋼 橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備。
[0043] 本實用新型通過在結(jié)構(gòu)原位安裝裂紋檢測裝置，以自動檢測替代人工檢測，節(jié)約 大量勞動力，同時保證檢測區(qū)域無死角。采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)容量大且擴(kuò)展性 強(qiáng)，可滿足多點(diǎn)監(jiān)測的需求；傳輸距離較大，便于靈活安放無線網(wǎng)關(guān)裝置的位置；Zigbee終 端芯片功耗低，可大幅延長內(nèi)置電池的更換時間。所采用的裂紋檢測和無線傳輸硬件制作 簡單、成本較低且市場應(yīng)用廣泛。
[0044] 以上實施例僅用于說明本實用新型的內(nèi)容，除此之外，本實用新型還有其它實施 方式。但是，凡采用等同替換或等效變形方式形成的技術(shù)方案均落在本實用新型的保護(hù)范 圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征在于：該設(shè)備由原位檢測裝 置和實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)關(guān)裝置組成，其中： 原位檢測裝置包括：斷裂線組件，通路檢測器，以及實現(xiàn)與無線網(wǎng)關(guān)裝置之間數(shù)據(jù)傳輸 的Zigbee終端芯片；所述斷裂線組件由雙向正交排布的光纖或電阻斷裂線組成，并粘貼于 正交異性鋼橋面板的疲勞開裂敏感區(qū)域或已有裂紋尖端前方區(qū)域；所述通路檢測器與斷裂 線組件相連接，所述通路檢測器連接Zigbee終端芯片； 無線網(wǎng)關(guān)裝置包括：能與Zigbee終端芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腪igbee主芯片，以及具備與 GPRS基站通訊功能的GPRS芯片；所述Zigbee主芯片與Zigbee終端芯片之間組成Zigbee 近距離無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征在于：對 于未開裂的正交異性鋼橋面板，所述斷裂線組件粘貼在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔 板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對接焊縫處的鋼板表面；對于已經(jīng)開裂的正交異 性鋼橋面板，所述斷裂線組件粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征在于：所 述光纖斷裂線組件的大小根據(jù)檢測區(qū)域范圍確定，其內(nèi)部斷裂線的數(shù)量和間距按照檢測精 度要求進(jìn)行調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征在于：所 述通路檢測器自動檢測并記錄斷裂線組件的斷裂位置和斷裂時間，并將檢測數(shù)據(jù)傳遞至 Zigbee終端芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征在于：所 述Zigbee終端芯片將來自Zigbee主芯片的外部監(jiān)測指令傳遞給通路檢測器，同時將裂紋 檢測數(shù)據(jù)返回給Zigbee主芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征 在于：每個所述Zigbee主芯片能同時與254個Zigbee終端芯片建立Zigbee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，根 據(jù)需要設(shè)置多個Zigbee主芯片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動監(jiān)測設(shè)備，其特征 在于：所述Zigbee主芯片與Zigbee終端芯片的最遠(yuǎn)通訊距離為2km，因此能在全橋范圍內(nèi) 靈活布置無線網(wǎng)關(guān)裝置的位置。
【文檔編號】G01N21/00GK203883876SQ201420156661
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】程斌, 湯維力 申請人:上海交通大學(xué)