CN111735398A - 测量线状物体长度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量领域，特别涉一种测量线状物体长度的装置，包括:送线装置,所述送线装置包括主动线筒、从动线筒，所述从动线筒上缠绕有待测线状物体，所述线状物体的一端固定设置在所述主动线筒上，所述主动线筒转动带动所述从动线筒，将所述从动线筒上缠绕的待测线状物体输送至所述主动线筒上；光学测量装置，所述光学测量装置布置在所述主动线筒与所述从动线筒之间，用于发射光束在运动的待测线状物体表面上，获取待测线状物体的运行行程内运行速度，根据运行速度与运行时间计算出待测线状物体的运行行程的长度，将待测线状物体的运行行程的长度和所述主动线筒与所述从动线筒之间的距离求和，计算得出待测线状物体的长度。

Description

测量线状物体长度的装置

技术领域

本发明属于测量领域，特别涉一种测量线状物体长度的装置及其测量方法。

背景技术

目前，多数企业一般采用卷尺或米尺等工具测量光缆、网线等线状物体的长度，需要手动测量，受人为因素影响较大，且增加了测量误差，且各工厂生产的卷尺误差不一，测量精度不高；对于电缆这种卷盘的物体，若采用高精度的激光测距仪，需要将电缆拉直才可测量出长度值，操作复杂，效率较低。因此，有必要提出一种新的测量方法，能够实现对线状物体长度的准确测量同时操作简便。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种测量线状物体长度的装置及其测量方法，利用多普勒效应，由于波源或观察者相对于介质有相对运动时，观察者所接收到的波频率有所变化的现象，这样进行速度的测量；利用一束单色激光照射到运动物体的表面上，测出起反射光相对于入射光的频率偏移，即所谓的多普勒频移，进而可以确定物体的速度；再用计时器测出所用的时间，计算出物体的长度＝速度×时间。

一种测量线状物体长度的装置，包括:送线装置,所述送线装置包括主动线筒、从动线筒，所述从动线筒上缠绕有待测线状物体，待测线状物体的一端固定设置在所述主动线筒上，所述主动线筒转动带动所述从动线筒，将所述从动线筒上缠绕的待测线状物体输送至所述主动线筒上。

光学测量装置，所述光学测量装置布置在所述主动线筒与所述从动线筒之间，用于发射光束在运动的待测线状物体表面上，获取待测线状物体的运行行程内的运行速度，根据运行速度与运行时间计算出待测线状物体的运行行程的长度。将待测线状物体的运行行程的长度和所述主动线筒与所述从动线筒之间的距离求和，计算得出待测线状物体的长度。

为了更好的实现本发明，所述送线装置还包括稳定线筒一、稳定线筒二；所述主动线筒的中轴线、所述从动线筒的中轴线、所述稳定线筒一的中轴线和所述稳定线筒二的中轴线均位于同一平面上，所述稳定线筒一和所述稳定线筒二设置在所述主动线筒与所述从动线筒之间。

为了更好的实现本发明，所述稳定线筒一与所述稳定线筒二的结构相同。

为了更好的实现本发明，所述主动线筒连接有电机，所述电机带动所述主动线筒转动，待测线状物体的一端依次通过所述稳定线筒一和所述稳定线筒二后固定设置在所述主动线筒上。

为了更好的实现本发明，所述稳定线筒一与所述稳定线筒二的外周中间均开设有环形槽，所述线状物体的一端依次通过所述稳定线筒一的环形槽和所述稳定线筒二的环形槽后固定设置在所述主动线筒上。在所述稳定线筒一与所述稳定线筒二的外周中间均开设有环形槽，这样测量时可避免待测线状物体运行中由于摆动引起的测量误差。

为了更好的实现本发明，所述光学测量装置包括激光器、分光器、反光镜、透镜一、透镜二、光电管、信号处理装置，所述激光器发出激光束照射在运行的线状物体上，所述分光器设置在所述激光束照射在运行的线状物体的路径上，所述分光器将所述激光束分为光束一与光束二；所述反光镜用于调整光束二的方向，这样保证两束光都能照射到头颈上；所述透镜一设置在所述光束一与所述光束二的路径上；所述光束一与所述光束二通过所述透镜一汇聚后到达运行的线状物体上，通过所述线状物体反射后的散射光束通过透镜二照射在所述光电管上，所述信号处理装置与所述光电管连接。

为了更好的实现本发明，所述激光器与运行的线状物体的距离小于或等于 5m。所述激光器可安装在任何位置，但是需要保证所述激光器发出的激光束能够照射至运行的线状物体上，为了避免照射在运行的现状物体表面的光束轻度太弱，所述激光器与运行的线状物体的距离小于等于5m。

为了更好的实现本发明，一种利用上述所述的测量线状物体长度的装置的测量方法，包括以下步骤：

启动所述电机的瞬间的同时所述激光器发出激光束，并使用计时器进行计时；所述激光器发出的激光束为单色光。所述光束一与待测线状物体的夹角为θ₁，所述光束二与待测线状物体的夹角为θ₂，所述反射后的散射光束与线状物体的夹角为θ₃；

所述散射光束与所述光束一的频移为：

所述散射光束与所述光束二的频移为：

所述光束一与所述光束二的频差为：

上述公式中f₀为入射光频率，c为光速，v为线状物体运行的速度，α为光束一与光束二的夹角；

根据上述公式可知，所述光束一与所述光束二的频差与所述反射后的散射光束与线状物体的夹角θ₃无关，因此使用光学测量装置时不受现场条件的限制，可在任意方向测量，且使用透镜，使粒子散射光能量极大的被利用，提高信噪比。

所述信号处理装置通过公式

计算得到待测线状物体的速度v，得出v与待测线状物体运行时间t的函数关系，得出t时间内待测线状物体运行行程的长度

待测线状物体的长度为：

公式中d₀为主线筒的中轴线与从动线筒的中轴线之间的距离。

采用本发明提供的技术方案，利用多普勒效应，用光的波长做基准，通过测量物体运动速度以及时间，从而间接测量出物体的长度；本方法采用非接触式测量，操作方式新颖、简单，抗干扰能力强，测量精度高且不受温度等外界因素影响，显著提高了测量效率。

附图说明

图1是实施例中测量线状物体长度的装置的结构示意图；

图2是实施例中稳定线筒一的结构示意图；

图3是实施例中光学测量装置测量原理图；

10-送线装置；20-光学测量装置；101-主动线筒；102-从动线筒；103-稳定线筒一；104-稳定线筒二；1031-环形槽；201-激光器；202-分光器；203-反光镜，204-透镜一；205-透镜二；206-光电管；207-信号处理装置。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合具体实施例并参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本实施例以测量电缆为例，详细说明测量线状物体长度的装置的结构及其测量方法。

一种测量线状物体长度的装置，请参见附图1所示，包括:送线装置10、光学测量装置20,送线装置10包括主动线筒101、从动线筒102、稳定线筒一103、稳定线筒二104，从动线筒102上缠绕有待测电缆，电缆的一端固定设置在主动线筒101上，主动线筒101转动带动从动线筒102，将从动线筒102上缠绕的待测电缆输送至主动线筒101上。

主动线筒101的中轴线、从动线筒102的中轴线、稳定线筒一103的中轴线和稳定线筒二104的中轴线均位于同一平面上，稳定线筒一103和稳定线筒二104设置在主动线筒101与从动线筒102之间，稳定线筒一103的外周中间开设有环形槽1021，稳定线筒一103与稳定线筒二104的结构相同；主动线筒 101连接有电机，电机带动主动线筒101转动，电缆的一端依次通过稳定线筒一 103的环形槽1021和稳定线筒二104的环形槽1021后固定设置在主动线筒101 上，请参见附图2所示。在稳定线筒一103的外周中间开设有环形槽1021，这样测量时可避免电缆运行中由于摆动引起的测量误差。

实际生产中，制造出来的电缆缠绕在电缆线盘上，即从动线筒102上缠绕电缆，测量时为了避免电缆摆动引起的测量误差，设计稳定线筒一103和稳定线筒二104，且在稳定线筒一103和稳定线筒二104的外周中间均开设环形槽 1021，宽度与电缆的直径相同。

请参见附图3所示，光学测量装置20布置在主动线筒101与从动线筒102 之间，用于发射光束在运动的电缆表面上，确定出电缆的运行速度，根据运行速度与运行时间计算出电缆的长度。

光学测量装置20包括激光器201、分光器202、反光镜203、透镜一204、透镜二205、光电管206、信号处理装置207，激光器201发出激光束照射在运行的电缆上，激光器201可安装在任何位置，但是需要保证激光器201发出的激光束能够照射至运行的电缆上，为了避免照射在运行的现状物体表面的光束轻度太弱，激光器201与运行的电缆的距离小于等于5m。

分光器202设置在激光束照射在运行的电缆的路径上，分光器202将激光束分为光束一与光束二；所述反光镜203用于调整光束二的方向，这样保证两束光都能照射到头颈上；透镜一204设置在光束一与光束二的路径上；光束一与光束二通过透镜一204汇聚后到达运行的电缆上，通过电缆反射后的散射光束通过透镜二205照射在光电管206上，信号处理装置207与光电管206连接。

以下详细说明利用上述的测量电缆长度的装置的测量方法，采用后向散射差分方式测量电缆的长度，将从动线筒102上缠绕的电缆的一端固定在主动线筒101上，启动电机，电机带动主动线筒101转动，并使用计时器开始计时，电缆以速度v运动；启动电机瞬间的同时激光器201发出激光束，激光器201 发出的激光束为单色光，激光束通过分光器202分为光束一与光束二，光束一与光束二通过透镜汇聚后照射在电缆表面，光束一与电缆的夹角为θ₁，光束二与电缆的夹角为θ₂，反射后的散射光束与电缆的夹角为θ₃；

反射后的散射光与光束一和光束二的频移分别为：

光束一与光束二的频差为：

上述公式中f₀为入射光频率，c为光速，v为电缆运行的速度，α为光束一与光束二的夹角(沿着电缆速度的方向)。

根据上述公式可知，光束一与光束二的频差与反射后的散射光束与电缆的夹角θ₃无关，因此使用光学测量装置20时不受现场条件的限制，可在任意方向测量，且使用透镜，使粒子散射光能量极大的被利用，提高信噪比。

通过电缆反射后的散射光束通过透镜二205照射在光电管206上，信号处理装置207与光电管206连接，光电管206将接收到的光信号转换为电信号，信号处理装置207接收光电管206输出的电信号转化为速度信号，通过积分得出电缆的长度；信号处理装置207通过公式

计算得到电缆的速度v，得出v与电缆运行时间t的函数关系，得出t时间内电缆的长度

主线筒的中轴线与从动线筒102的中轴线之间的距离为d₀，电缆的长度的计算公式为：

这样即可计算出电缆的长度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种测量线状物体长度的装置，其特征在于，包括:

送线装置,所述送线装置包括主动线筒、从动线筒，所述从动线筒上缠绕有待测线状物体，待测线状物体的一端固定设置在所述主动线筒上，所述主动线筒转动带动所述从动线筒，将所述从动线筒上缠绕的待测线状物体输送至所述主动线筒上；

光学测量装置，所述光学测量装置布置在所述主动线筒与所述从动线筒之间，用于发射光束在运动的待测线状物体表面上，获取待测线状物体的运行行程内运行速度，根据运行速度与运行时间计算出待测线状物体运行行程的长度，将待测线状物体的运行行程的长度和所述主动线筒与所述从动线筒之间的距离求和，计算得出待测线状物体的长度。

2.根据权利要求1所述的测量线状物体长度的装置，其特征在于，所述送线装置还包括稳定线筒一、稳定线筒二；所述主动线筒的中轴线、所述从动线筒的中轴线、所述稳定线筒一的中轴线和所述稳定线筒二的中轴线均位于同一平面上，所述稳定线筒一和所述稳定线筒二设置在所述主动线筒与所述从动线筒之间。

3.根据权利要求2所述的测量线状物体长度的装置，其特征在于，所述稳定线筒一与所述稳定线筒二的外周中间均开设有环形槽，所述线状物体的一端依次通过所述稳定线筒一的环形槽和所述稳定线筒二的环形槽后固定设置在所述主动线筒上。

4.根据权利要求1至3任意所述的测量线状物体长度的装置，其特征在于，所述光学测量装置包括激光器、分光器、透镜一、透镜二、光电管、信号处理装置，所述激光器发出激光束照射在运行的线状物体上，所述分光器设置在所述激光束照射在运行的线状物体的路径上，所述分光器将所述激光束分为光束一与光束二；所述透镜一设置在所述光束一与所述光束二的路径上；所述光束一与所述光束二通过所述透镜一汇聚后到达运行的线状物体上，通过所述线状物体反射后的散射光束通过透镜二照射在所述光电管上，所述信号处理装置与所述光电管连接。

5.根据权利要求4所述的测量线状物体长度的装置，其特征在于，所述激光器与运行的线状物体的距离小于或等于5m。

6.根据权利要求4所述的测量线状物体长度的装置，其特征在于，所述光束一与待测线状物体的夹角为θ₁，所述光束二与待测线状物体的夹角为θ₂，所述反射后的散射光束与线状物体的夹角为θ₃；

所述散射光束与所述光束一的频移为：

所述散射光束与所述光束二的频移为：

所述光束一与所述光束二的频差为：

上述公式中f₀为入射光频率，c为光速，v为线状物体运行的速度，α为光束一与光束二的夹角；

所述信号处理装置通过公式

计算得到待测线状物体的速度v，得出v与待测线状物体运行时间t的函数关系，得出t时间内待测线状物体运行行程的长度

待测线状物体的长度为：

公式中d₀为主线筒的中轴线与从动线筒的中轴线之间的距离。

7.根据权利要求6所述的测量线状物体长度的装置的测量方法，其特征在于，所述激光器发出的激光束为单色光。

Images