周志春 劉震 王漢斌/福建省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

橋梁撓度儀主要用于橋梁靜態(tài)、動(dòng)態(tài)撓曲度的測(cè)量以及其他建筑物和構(gòu)筑物的變形及震動(dòng)位移監(jiān)測(cè)[1][2]。隨著橋梁撓度儀技術(shù)不斷更新?lián)Q代，儀器的測(cè)量效率不斷提升，測(cè)量參數(shù)也越來越多，軟件的分析功能也不斷擴(kuò)展，可同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)動(dòng)態(tài)撓度、靜態(tài)撓度、位移和振動(dòng)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)測(cè)量到自動(dòng)跟蹤測(cè)量，再到免標(biāo)靶視頻測(cè)量。本文對(duì)一種免標(biāo)靶視頻橋梁撓度儀計(jì)量校準(zhǔn)方法進(jìn)行探討。

1 工作原理及校準(zhǔn)參數(shù)

橋梁撓度儀通過光學(xué)解析系統(tǒng)將待測(cè)光信號(hào)解析至線陣CCD上，通過測(cè)量檢測(cè)靶標(biāo)在CCD上成像的中心坐標(biāo)的變化，即可準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)橋梁在載荷作用下產(chǎn)生的豎向和橫向位移及其對(duì)時(shí)間的響應(yīng)曲線[3][4]。

當(dāng)前，橋梁撓度儀尚無國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范，福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于2016年發(fā)布實(shí)施福建省地方校準(zhǔn)規(guī)范JJF（閩）1077-2016《橋梁撓度儀校準(zhǔn)規(guī)范》。按照此規(guī)范的要求，對(duì)儀器的豎向、橫向撓度測(cè)量示值誤差及重復(fù)性進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器可采用能夠?qū)崿F(xiàn)在豎向、橫向位移的光柵位移測(cè)量系統(tǒng)。本文采用自行研制的橋梁撓度儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)（見圖1），校準(zhǔn)系統(tǒng)由縱橫向電控平移臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光柵尺、運(yùn)動(dòng)控制器、無線傳輸模塊、運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)處理軟件組成，位移測(cè)量最大允許誤差可達(dá)±0.02 mm[3]。

圖1 橋梁撓度儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)

2 校準(zhǔn)方法及過程

2.1 豎向、橫向撓度示值誤差校準(zhǔn)

傳統(tǒng)的橋梁撓度儀計(jì)量校準(zhǔn)之前，需要用自帶的標(biāo)靶燈進(jìn)行像素校準(zhǔn)，計(jì)算出儀器的像素系數(shù)。而免標(biāo)靶視頻撓度測(cè)量?jī)x無需用標(biāo)靶燈進(jìn)行像素校準(zhǔn)，只需用激光測(cè)距儀測(cè)量出儀器中心與目標(biāo)點(diǎn)的距離，測(cè)量過程中只需在軟件中輸入儀器中心與目標(biāo)點(diǎn)的實(shí)測(cè)距離即可以進(jìn)行測(cè)量。校準(zhǔn)裝置縱、橫向移動(dòng)的位移值與被校儀器實(shí)際測(cè)量值之差為撓度測(cè)量示值誤差。

將被校橋梁撓度儀置于距自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)30 m處，調(diào)整氣泡使儀器水平，調(diào)整儀器位置使目標(biāo)成像于視頻窗口中間位置，在軟件中調(diào)整亮度和采樣率，使目標(biāo)點(diǎn)清晰成像于視頻窗口之中（見圖2）。

首先校準(zhǔn)儀器的橫向撓度示值誤差，使用遙控裝置使標(biāo)靶燈依次移動(dòng) 1 mm，2 mm，3 mm，…，10 mm，得到儀器的撓度曲線（見圖3）。框選每個(gè)位移段曲線，自動(dòng)計(jì)算此段位移的平均值，與校準(zhǔn)裝置實(shí)際位移值（即標(biāo)準(zhǔn)值）之差即為此位移處的撓度示值誤差。重復(fù)上述步驟計(jì)算豎向撓度示值誤差。

圖2 設(shè)置目標(biāo)點(diǎn)

圖3 撓度曲線

表1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

2.2 重復(fù)性校準(zhǔn)

使標(biāo)靶在豎向移動(dòng)1 mm，測(cè)量出儀器的位移值，再使標(biāo)靶回到原位，重復(fù)上述步驟，測(cè)量10次，用貝塞爾公式計(jì)算儀器撓度測(cè)量的重復(fù)性誤差。

3 校準(zhǔn)結(jié)果

一臺(tái)典型的免標(biāo)靶橋梁撓度儀豎向、橫向撓度示值誤差測(cè)量結(jié)果見表1，示值誤差保留兩位小數(shù)。引用誤差為儀器的示值誤差除以此位置的撓度測(cè)量范圍，一般不超過±1%。撓度測(cè)量范圍與分辨力、像素和距離有關(guān)，為對(duì)應(yīng)測(cè)量距離時(shí)的撓度測(cè)量最大范圍[2]，此儀器30 m處撓度測(cè)量范圍為42 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

用自行研制的橋梁撓度儀自動(dòng)校準(zhǔn)裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁撓度儀的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)重復(fù)性誤差可達(dá)0.05 mm，校準(zhǔn)效率較高。引用誤差一般可達(dá)±1%以內(nèi)，由于亮度、采樣率、震動(dòng)等校準(zhǔn)條件的不同都可能對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生很大影響，校準(zhǔn)結(jié)果與很多制造廠標(biāo)稱的儀器準(zhǔn)確度尚有一定的差距。