CN103940357A - 一种非接触式空间位移测量装置 - Google Patents

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赵静
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Abstract

本发明公开一种非接触式空间位移测量装置,包括设置在参考点处的激光测距仪,还包括设置在监测点处的成像透板、设置在成像透板背对激光测距仪一侧的图像采集装置以及驱动模块和控制模块,所述成像透板用于接收激光测距仪发出的光并形成光斑,所述图像采集装置用于采集成像透板上形成的光斑,所述图像采集装置与驱动模块连接、驱动模块与控制模块连接。本发明量程大、测量准确度高、功耗低、可测量位置传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形、量程调节方便,解决了现有技术对应存在的问题,广泛应用于地质灾害条件下监测工程建筑的变形。

Description

一种非接触式空间位移测量装置
技术领域
本发明涉及一种空间位移测量装置,具体涉及一种地质灾害条件下监测工程建筑变形的非接触式空间位移测量装置。
背景技术
现有的变形监测种类很多,主要利用专业的仪器和传感器对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作,在精密工程测量中,最具代表性的变形体有隧道、桥梁、公路、大坝、边坡、地铁、高层建筑物等。变形监测的内容,根据变形体的性质和地基情况决定,其主要还是对被测体水平位移、垂直位移及固定点与被测体之间的距离变化进行观测。
目前,公开号为CN103344185A的发明专利公开了一种非接触式位移自动监测装置,其主要采用在基准点(也称参考点)设置光源发射装置,在被测点(也称监测点)设置位置传感器,通过光源发射装置向位置传感器发射光,位置传感器采集光斑位置变化,来测量被测点的变形情况,上述监测装置存在以下缺点:1、由于受加工工艺的影响,现有位置传感器的光敏面最大只能加工到20*20mm2,导致上述装置的测量量程较小,在常规的工程测量中有很大的局限性;2、在光源发生倾斜时,激光束在位置传感器上的光斑点发生较大偏移,造成测量误差,并且光源与位置传感器的距离越远,偏移越明显;3、在日光或强光下工作时,对激光束的影响较大,影响测量准确度;4、光源无法实现自动控制,无法降低光源的功耗;5、无法测量位置传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形。
发明内容
为解决现有技术存在的量程小、测量误差大、功耗高、无法测量监测点位置传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形的问题,本发明提供了一种量程大、测量准确度高、功耗低、可测量位置传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形、量程调节方便的非接触式空间位移测量装置。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种非接触式空间位移测量装置,包括设置在参考点处的激光测距仪,还包括设置在监测点处的成像透板、设置在成像透板背对激光测距仪一侧的图像采集装置以及驱动模块和控制模块,所述成像透板用于接收激光测距仪发出的光并形成光斑,所述图像采集装置用于采集成像透板上形成的光斑,所述图像采集装置与驱动模块连接、驱动模块与控制模块连接。
优选地,所述图像采集装置为前方设置有广角镜头的二维CCD图像传感器。
优选地,所述激光测距仪安装在测距仪支架上,所述测距仪支架固定安装在参考点处,所述图像采集装置安装在安装架上,所述安装架上安装在监测点处,所述成像透板通过透板导轨活动安装在图像采集装置的前方,所述透板导轨安装在安装架上,所述成像透板上安装有量程调节杆,所述量程调节杆与安装架螺纹连接。
优选地,所述激光测距上设置有第一射频模块,图像采集装置上设置有第二射频模块和数据处理及显示模块,所述第二射频模块、数据处理及显示模块均与控制模块电信号连接。
优选地,所述激光测距仪上安装有束光器,所述成像透板的前方设置有窄带滤光镜。
优选地,所述激光测距仪上还安装有第一双轴倾角传感器和自动安平装置。
优选地,所述透板导轨上或量程调节杆上设置有刻度。
优选地,所述安装架安装在二维自动位移平台上。
优选地,所述安装架上安装有第二双轴倾角传感器。
本发明采用成像技术,通过激光测距仪发射激光束照射成像透板形成光斑,然后通过图像采集装置读取光斑的位置变化来进行工程变形的测量,量程大、局限性小,适应远距离测量,准确度高;成像透板前加装窄带滤光镜,激光测距仪加装束光器,减少远距离对激光束的影响,同时滤除激光束光波以外的环境光,减少强光对测量的影响,提高测量精度;当需要进行测量时,控制模块通过第二射频模块向激光测距仪上的第一射频模块发射开机工作信号,激光测距仪接收到信号后开始进行测距,并将测得数据储存起来,图像采集装置上的数据处理及显示模块在完成光斑的解析处理后,通过第二射频模块和第一射频模块读取激光测距仪上的距离数据,读取数据完成后,发射信号,控制激光测距仪关闭,通过上述功能能够有效降低激光测距仪的能耗;安装架上安装第二双轴倾角传感器,即可测量监测点的图像传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形;成像透板上加装量程调节杆,使成像透板和图像采集装置之间距离可调整,扩大了图像采集装置的采集范围或量程,且量程调节杆或透板导轨上设置有刻度,方便现场对测量装置进行调节;激光测距仪上安装自动安平装置和第一双轴倾角传感器,在参考点与监测点的位置发射倾斜时可自行进行调整,始终保持水平状态,使用更加方便。
附图说明
图1为本发明一种非接触式空间位移测量装置的结构示意图。
图中:1为激光测距仪,2为成像透板,3为二维CCD图像传感器,4为射频模块,5为驱动模块,6为控制模块,7为测距仪支架,8为安装架,9为第一双轴倾角传感器,10为透板导轨,11为量程调节杆,12为窄带滤光镜,13为广角镜头,14为自动安平装置,15为束光器,16为第二射频模块,17为第二射频模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,本实施例的非接触式空间位移测量装置包括设置在参考点处的激光测距仪1,还包括设置在监测点处的成像透板2、设置在成像透板2背对激光测距仪1一侧的图像采集装置以及驱动模块5和控制模块6,成像透板2用于接收激光测距仪发出的光并形成光斑,所述图像采集装置用于采集成像透板2上形成的光斑,所述图像采集装置与驱动模块5连接,驱动模块5与控制模块6连接。
所述图像采集装置为前方设置有广角镜头13的二维CCD图像传感器3。
具体地,激光测距仪1安装在测距仪支架7上,测距仪支架7固定安装在参考点处,所述图像采集装置安装在安装架8上,安装架8上安装在监测点处,成像透板2通过透板导轨10活动安装在图像采集装置的前方,透板导轨10安装在安装架8上,成像透板2上安装有量程调节杆11,量程调节杆11与安装架8螺纹连接。
本发明中采用在测量基准位置安装激光测距仪1,在监测点安装成像透板2以及图像采集装置,激光测距仪1发射激光束在成像透板2上成像形成光斑,图像采集装置通过采集成像透板2上的光斑位置变化,来监测被测点的位移变化。
在进行首次测量时,激光测距仪1发射光束在成像透板2上成像形成光斑,此时二维CCD图像传感器3采集首次成像的光斑位置,并通过数据处理及显示模块进行分析记录,当被测点发生沉降、***或左右移动时,激光束形成的光斑在成像透板2上的位置发生变化,二维CCD图像传感器3采集变化后的光斑位置,然后再通过数据处理及显示模块进行分析记录,数据处理及显示模块将两次记录的数据进行分析处理,即可得出被测点的变形情况。
另外为了能够降低激光测距仪1的能耗,在激光测距仪1上设置有第一射频模块4,图像采集装置上设置有第二射频模块16,第二射频模块16与控制模块6连接,当需要进行测量时,控制模块6通过第二射频模块16向激光测距仪1上的第一射频模块4发射开机工作信号,激光测距仪1接收到信号后开始进行测距,并将测得数据储存起来,图像采集装置上的数据处理及显示模块在完成光斑的解析处理后,通过第二射频模块16和第一射频模块4读取激光测距仪1上的距离数据,读取数据完成后,发射信号,控制激光测距仪1关闭,通过上述功能能够有效降低激光测距仪的能耗,便于野外测量。
成像透板2通过透板导轨10安装在安装架8上,并通过量程调节杆11控制成像透板2与图像采集装置之间的距离,通过扩大图像采集装置的采集范围,来扩大测量的量程,并且在透板导轨10上或量程调节杆11上设置有刻度,方便现场进行调节。
激光测距仪1上还安装有自动安平装置14和第一双轴倾角传感器9,当激光测距仪1的位置与监测点的位置发生倾斜时,自动安平装置14自动对激光测距仪1进行调整,使其始终保持水平状态,并且第一双轴倾角传感器9能够测量激光测距仪1的实际倾斜角度,根据三角函数对激光点成像位置进行校正。
为减少环境光对激光束的影响,在成像透板2的前端加装窄带滤光镜12,滤除除激光光波以外的光,减少环境光对测量造成的影响,提高测量精度;同时为了方便野外远距离测量,在激光测距仪1上安装束光器15,通过调整束光器15,使激光束在成像透板上的光斑达到最小,更能有效提高测量精度。
为防止在监测过程中出现监测水平位移或垂直位移过大而超出成像透板2的边界,将安装架8安装在二维自动位移平台上,二维自动位移平台能够对成像透板2进行调节,同时记录调节位移相对位移点的位移量,并位移量进行累加,使得测量的量程能够无限扩大。
进一步地,安装架8上安装第二双轴倾角传感器17,通过第二双轴倾角传感器17测得监测点的图像传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形,再结合激光测距仪1和二维CCD图像传感器3测得的三维位置信息,即可实现对监测点的“五维”空间位移测量。
本发明量程大、测量准确度高、功耗低、可测量位置传感器相对于激光器的前后伏仰及顺逆旋转变形、量程调节方便,解决了现有技术对应存在的问题,广泛应用于地质灾害条件下监测工程建筑的变形。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出得各种变化,也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种非接触式空间位移测量装置,包括设置在参考点处的激光测距仪,其特征在于:还包括设置在监测点处的成像透板、设置在成像透板背对激光测距仪一侧的图像采集装置以及驱动模块和控制模块,所述成像透板用于接收激光测距仪发出的光并形成光斑,所述图像采集装置用于采集成像透板上形成的光斑,所述图像采集装置与驱动模块连接、驱动模块与控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述图像采集装置为前方设置有广角镜头的二维CCD图像传感器。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述激光测距仪安装在测距仪支架上,所述测距仪支架固定安装在参考点处,所述图像采集装置安装在安装架上,所述安装架上安装在监测点处,所述成像透板通过透板导轨活动安装在图像采集装置的前方,所述透板导轨安装在安装架上,所述成像透板上安装有量程调节杆,所述量程调节杆与安装架螺纹连接,且一端固定在成像透板上。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述激光测距上设置有第一射频模块,图像采集装置上设置有第二射频模块和数据处理及显示模块,第二射频模块、数据处理及显示模块均与控制模块电信号连接。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述激光测距仪上安装有束光器,所述成像透板的前方设置有窄带滤光镜。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述激光测距仪上还安装有第一双轴倾角传感器和自动安平装置。
7.根据权利要求4所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述透板导轨上或量程调节杆上设置有刻度。
8.根据权利要求4所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述安装架安装在二维自动位移平台上。
9.根据权利要求4所述的一种非接触式空间位移测量装置,其特征在于:所述安装架上安装有第二双轴倾角传感器。
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