一种免标靶桥梁挠度仪校准方法*

周志春 刘震 王汉斌/福建省计量科学研究院

0 引言

桥梁挠度仪主要用于桥梁静态、动态挠曲度的测量以及其他建筑物和构筑物的变形及震动位移监测[1][2]。随着桥梁挠度仪技术不断更新换代，仪器的测量效率不断提升，测量参数也越来越多，软件的分析功能也不断扩展，可同时测量多点动态挠度、静态挠度、位移和振动等数据，实现从手动测量到自动跟踪测量，再到免标靶视频测量。本文对一种免标靶视频桥梁挠度仪计量校准方法进行探讨。

1 工作原理及校准参数

桥梁挠度仪通过光学解析系统将待测光信号解析至线阵CCD上，通过测量检测靶标在CCD上成像的中心坐标的变化，即可准确测量被测桥梁在载荷作用下产生的竖向和横向位移及其对时间的响应曲线[3][4]。

当前，桥梁挠度仪尚无国家计量校准规范，福建省质量技术监督局于2016年发布实施福建省地方校准规范JJF（闽）1077-2016《桥梁挠度仪校准规范》。按照此规范的要求，对仪器的竖向、横向挠度测量示值误差及重复性进行校准。校准用标准器可采用能够实现在竖向、横向位移的光栅位移测量系统。本文采用自行研制的桥梁挠度仪自动校准系统（见图1），校准系统由纵横向电控平移台、步进电机、光栅尺、运动控制器、无线传输模块、运动控制和数据处理软件组成，位移测量最大允许误差可达±0.02 mm[3]。

图1 桥梁挠度仪自动校准系统

2 校准方法及过程

2.1 竖向、横向挠度示值误差校准

传统的桥梁挠度仪计量校准之前，需要用自带的标靶灯进行像素校准，计算出仪器的像素系数。而免标靶视频挠度测量仪无需用标靶灯进行像素校准，只需用激光测距仪测量出仪器中心与目标点的距离，测量过程中只需在软件中输入仪器中心与目标点的实测距离即可以进行测量。校准装置纵、横向移动的位移值与被校仪器实际测量值之差为挠度测量示值误差。

将被校桥梁挠度仪置于距自动校准系统30 m处，调整气泡使仪器水平，调整仪器位置使目标成像于视频窗口中间位置，在软件中调整亮度和采样率，使目标点清晰成像于视频窗口之中（见图2）。

首先校准仪器的横向挠度示值误差，使用遥控装置使标靶灯依次移动 1 mm，2 mm，3 mm，…，10 mm，得到仪器的挠度曲线（见图3）。框选每个位移段曲线，自动计算此段位移的平均值，与校准装置实际位移值（即标准值）之差即为此位移处的挠度示值误差。重复上述步骤计算竖向挠度示值误差。

图2 设置目标点

图3 挠度曲线

表1 校准数据及结果

2.2 重复性校准

使标靶在竖向移动1 mm，测量出仪器的位移值，再使标靶回到原位，重复上述步骤，测量10次，用贝塞尔公式计算仪器挠度测量的重复性误差。

3 校准结果

一台典型的免标靶桥梁挠度仪竖向、横向挠度示值误差测量结果见表1，示值误差保留两位小数。引用误差为仪器的示值误差除以此位置的挠度测量范围，一般不超过±1%。挠度测量范围与分辨力、像素和距离有关，为对应测量距离时的挠度测量最大范围[2]，此仪器30 m处挠度测量范围为42 mm。

4 结语

用自行研制的桥梁挠度仪自动校准装置可以实现对桥梁挠度仪的校准，校准重复性误差可达0.05 mm，校准效率较高。引用误差一般可达±1%以内，由于亮度、采样率、震动等校准条件的不同都可能对校准结果产生很大影响，校准结果与很多制造厂标称的仪器准确度尚有一定的差距。