CN117031454B - 一种海底非接触式测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底非接触式测距方法,包括安装在被测物体表面的感测端和安装在不动端的激光发射端,感测端设置了两个二维PSD传感器分别对应接受激光发射端的成一固定夹角设置的两个点激光器发射的点激光束,感测端能够通过竖向驱动机构同步调节两个二维PSD传感器的竖向位置,以及通过横向驱动机构分别调节两个二维PSD传感器的横向位置,以确保两个二维PSD传感器能够分别对应接收到两个点激光器发射的点激光束。本发明利用的是三角测量原理,根据两个二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、横向驱动机构检测到的两个二维PSD传感器之间的距离值以及两个点激光器之间角度θ,计算得到被测物距离激光发射端的距离值。

Description

一种海底非接触式测距方法
技术领域
本发明涉及海底测距技术领域,特别是涉及一种海底非接触式测距方法。
背景技术
海底管道的铺设随着水深的增加,已步入开阔的海域,水文及海况对管线铺设的影响也在不断产生变化,管线的施工也越加困难,影响因素也趋于复杂,需要从船舶资源、性能、设计计算和监测方面进行综合的加强,以应对各种施工因素影响。沉管隧道工程中隧道管节的对接会采用水下推出式对接方式,在推力的作用下,将隧道管节沿目标方向推进至所需位置,因此,对于沉管的实时推进位置检测十分重要。
传统的非接触测距装置通常是激光测距装置和超声测距装置,这些测距装置在陆上使用,精度高,能够较好的满足高精度测距的需求,但是对于海下比较复杂的环境,尤其是在比较浑浊以及水流较大的水域,激光和超声波在介质中的传播速度均会受到较大的影响,进而影响测距精度。因此,有必要设计一种新的海底非接触式测距方法,有效解决海底测距精度不高的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种海底非接触式测距方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
一种海底非接触式测距方法,包括:感测端和激光发射端;
所述感测端包括:竖向驱动机构、横向驱动机构、感测端防护罩、第一二维PSD传感器、第二二维PSD传感器;所述竖向驱动机构沿竖向Z轴设置,所述横向驱动机构安装在竖向驱动机构上;所述横向驱动机构采用带光栅尺的高精度双丝杠移动平台,沿横向X轴设置,其上设置有两个横向滑台,每个横向滑台各自由一个丝杠驱动,所述第一二维PSD传感器安装在第一横向滑台表面,第二二维PSD传感器安装在第二横向滑台表面,并且第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器位于同一平面;所述感测端防护罩罩在竖向驱动机构和横向驱动机构***;
所述激光发射端包括:第一点激光器、第二点激光器和激光发射端防护罩,第一点激光器的激光发射方向沿纵向Y轴设置,所述第二点激光器的激光发射方向与第一点激光器的激光发射方向之间绕Z轴具有一设定的偏转角度θ;所述激光发射端防护罩罩在第一点激光器、第二点激光器***;感测端的第一二维PSD传感器用于接收第一点激光器发射的点激光束,第二二维PSD传感器用于接收第二点激光器发射的点激光束;
测距方法,步骤如下:
步骤1、将所述感测端安装在被测物体表面,激光发射端安装在已知坐标系的不动端,使激光发射端的第一点激光器的激光发射方向与被测物体的目标推进方向一致;
步骤2、通过竖向驱动机构同步调节两个二维PSD传感器的竖向位置,以及通过横向驱动机构分别调节两个二维PSD传感器的横向位置,使感测端的第一二维PSD传感器接收到第一点激光器发射的点激光束,同时第二二维PSD传感器接收到第二点激光器发射的点激光束;
步骤3、利用第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、第二二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、横向驱动机构检测到的第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的当前距离值、以及第一点激光器和第二点激光器之间的偏转角度θ,根据三角测量原理,计算出被测物体当前位置距离激光发射端的距离值Y;
步骤4、在被测物体推进的过程中,循环执行步骤2和步骤3,计算出被测物体推进轨迹的任意位置距离激光发射端的距离值,前一位置的距离值Y1和后一位置的距离值Y2之间的差值,即为被测物体在两个位置之间的推出距离。
在上述技术方案中,所述竖向驱动机构采用高精度丝杠移动平台,所述横向驱动机构安装在竖向驱动机构的托板上。
在上述技术方案中,所述感测端防护罩采用有机玻璃制作,所述激光发射端防护罩采用有机玻璃制作。
在上述技术方案中,第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器的线缆通过水密穿舱接头引出感测端防护罩,保证感测端防护罩内部的隔水性。
在上述技术方案中,使用状态下,所述感测端安装在被测物体表面,激光发射端安装在已知坐标系的不动端,激光发射端的第一点激光器的激光发射方向与被测物体的目标推进方向一致。
在上述技术方案中,距离值Y的计算公式如下:
,其中,X为第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,x为第二二维PSD 传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,L为第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值,通过横向驱动机构检测得到;第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值是指第一二维PSD 传感器的光敏面中心点O1和第二二维PSD 传感器的光敏面中心点O2之间的距离值。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明设计了安装在被测物体表面的感测端和安装在已知坐标系不动端的激光发射端,感测端设置了两个二维PSD传感器分别对应接受激光发射端的成一固定夹角设置的两个点激光器发射的点激光束,感测端能够通过竖向驱动机构同步调节两个二维PSD传感器的竖向位置,以及通过横向驱动机构分别调节两个二维PSD传感器的横向位置,以确保两个二维PSD传感器能够分别对应接收到两个点激光器发射的点激光束。本发明利用的是三角测量原理,测距时是根据两个二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、横向驱动机构检测到的两个二维PSD传感器之间的距离值以及两个点激光器之间的角度θ,计算得到被测物距离激光发射端的当前距离值的,因此,即使点激光器发射的点激光束在水中的速度受到不确定影响,也不会影响测距精度,从而保证了复杂水环境下测距的精度。
附图说明
图1所示为本发明的一种海底非接触式测距方法的***结构示意图。
图2所示为本发明的一种海底非接触式测距方法的原理示意图。
对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种海底非接触式测距方法,参见附图1,包括:感测端1和激光发射端2,所述感测端1安装在被测物体表面,用于接收激光发射端2的点激光束;所述激光发射端2安装在已知坐标系的不动端。
所述感测端1包括:竖向驱动机构1-1、横向驱动机构1-2、感测端防护罩1-3、第一二维PSD传感器1-4、第二二维PSD传感器1-5;其中,所述竖向驱动机构1-1采用高精度丝杠移动平台,沿竖向Z轴设置;所述横向驱动机构1-2安装在竖向驱动机构1-1的托板上,通过竖向驱动机构1-1能够驱动整个横向驱动机构1-2竖向上下移动。
所述横向驱动机构1-2采用高精度双丝杠移动平台,沿横向X轴设置,其上设置有两个横向滑台,即第一横向滑台和第二横向滑台,每个横向滑台各自由一个丝杠驱动,进而能够分别调节两个横向滑台各自的横向位置;所述第一二维PSD传感器1-4安装在横向驱动机构的第一横向滑台表面,第二二维PSD传感器1-5安装在横向驱动机构的第二横向滑台表面,并且第一二维PSD传感器1-4和第二二维PSD传感器1-5位于同一平面;此外横向驱动机构1-2具有光栅尺,能够实时精确的检测两个横向滑台的位置,即能够实时检测两个二维PSD传感器的位置。
所述感测端防护罩1-3采用有机玻璃制作,罩在竖向驱动机构1-1和横向驱动机构1-2***,第一二维PSD传感器1-4和第二二维PSD传感器1-5的线缆通过水密穿舱接头引出感测端防护罩1-3,保证感测端防护罩1-3内部的隔水性。
所述激光发射端2包括:第一点激光器2-1、第二点激光器2-2和激光发射端防护罩2-3,所述第一点激光器2-1的激光发射方向沿纵向Y轴设置,且第一点激光器2-1的激光发射方向与被测物体的推进方向一致(被测物体的移动方向是沿Y轴运动);所述第二点激光器2-2的激光发射方向与第一点激光器2-1的激光发射方向之间绕Z轴具有一设定的偏转角度θ;所述激光发射端防护罩2-3采用有机玻璃制作,罩在第一点激光器2-1、第二点激光器2-2***,保证激光发射端防护罩2-3内部的隔水性。
使用时,将所述感测端1安装在被测物体表面,感测端1的第一二维PSD传感器1-4用于接收第一点激光器2-1发射的点激光束,第二二维PSD传感器1-5用于接收第二点激光器2-2发射的点激光束。
由于二维PSD传感器的量程有限(一般为5cm),当感测端1随被测物体远离激光发射端2过程中,第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器可能会感应不到发射的点激光束,这是由于:一、被测物体沿目标推进方向(即纵向Y轴)运动过程中,逐步远离激光发射端2,那么第二点激光器2-2发射的点激光束会逐渐向横向X轴方向发生偏移;二、被测物体运动过程中,不仅是沿目标推进方向(即纵向Y轴)移动,还可能发生X/Z向的偏移,因此第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器都可能会接收不到点激光束。
因此,需要通过竖向驱动机构1-1同步调节两个二维PSD传感器的竖向位置,以及通过横向驱动机构1-2分别调节两个二维PSD传感器的横向位置,以确保两个二维PSD传感器能够分别对应接收到两个点激光器发射的点激光束。
参见附图2,本发明的海底非接触式测距方法,步骤如下:
步骤1、将所述感测端1安装在被测物体表面,激光发射端2安装在已知坐标系的不动端,使激光发射端2的第一点激光器2-1的激光发射方向与被测物体的目标推进方向一致。
步骤2、通过竖向驱动机构1-1同步调节两个二维PSD传感器的竖向位置,以及通过横向驱动机构1-2分别调节两个二维PSD传感器的横向位置,使感测端1的第一二维PSD传感器1-4接收到第一点激光器2-1发射的点激光束,同时第二二维PSD传感器1-5接收到第二点激光器2-2发射的点激光束。
步骤3、利用第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、第二二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、横向驱动机构1-2检测到的第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值、以及第一点激光器和第二点激光器之间的偏转角度θ,根据三角测量原理,计算出被测物体当前位置距离激光发射端2的距离值Y,计算公式如下:
其中,X为第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,x为第二二维PSD 传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,L为第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值,通过横向驱动机构1-2检测得到;第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值是指第一二维PSD 传感器的光敏面中心点O1和第二二维PSD 传感器的光敏面中心点O2之间的距离值。
步骤4、在被测物体推进的过程中,循环执行步骤2和步骤3,可以计算出被测物体推进轨迹的任意位置距离激光发射端2的距离值,前一位置的距离值Y1和后一位置的距离值Y2之间的差值,即为被测物体在两个位置之间的推出距离。
其中,X 1为前一位置下第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,x 1为前一位置下第二二维PSD 传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,L 1为前一位置下第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值,通过横向驱动机构1-2检测得到。
X 2为后一位置下第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,x 2为后一位置下第二二维PSD 传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,L 2为后一位置下第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的距离值,通过横向驱动机构1-2检测得到。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种海底非接触式测距方法,其特征在于:包括感测端和激光发射端;
所述感测端包括:竖向驱动机构、横向驱动机构、感测端防护罩、第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器;所述竖向驱动机构沿竖向Z轴设置,所述横向驱动机构安装在竖向驱动机构上;横向驱动机构采用带光栅尺的高精度双丝杠移动平台,沿横向X轴设置,其上设置有两个横向滑台,每个横向滑台各自由一个丝杠驱动,所述第一二维PSD传感器安装在第一横向滑台表面,第二二维PSD传感器安装在第二横向滑台表面,并且第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器位于同一平面;所述感测端防护罩罩在竖向驱动机构和横向驱动机构***;
所述激光发射端包括:第一点激光器、第二点激光器和激光发射端防护罩,第一点激光器的激光发射方向沿纵向Y轴设置,所述第二点激光器的激光发射方向与第一点激光器的激光发射方向之间绕Z轴具有一设定的偏转角度θ;所述激光发射端防护罩罩在第一点激光器、第二点激光器***;感测端的第一二维PSD传感器用于接收第一点激光器发射的点激光束,第二二维PSD传感器用于接收第二点激光器发射的点激光束;
所述测距方法,包括以下步骤:
步骤1、将所述感测端安装在被测物体表面,激光发射端安装在已知坐标系的不动端,使激光发射端的第一点激光器的激光发射方向与被测物体的目标推进方向一致;
步骤2、通过竖向驱动机构同步调节两个二维PSD传感器的竖向位置,以及通过横向驱动机构分别调节两个二维PSD传感器的横向位置,使感测端的第一二维PSD传感器接收到第一点激光器发射的点激光束,同时第二二维PSD传感器接收到第二点激光器发射的点激光束;
步骤3、利用第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、第二二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标、横向驱动机构检测到的第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器之间的当前距离值、以及第一点激光器和第二点激光器之间的偏转角度θ,根据三角测量原理,计算出被测物体当前位置距离激光发射端的距离值Y;
步骤4、在被测物体推进的过程中,循环执行步骤2和步骤3,计算出被测物体推进轨迹的任意位置距离激光发射端的距离值,前一位置的距离值Y1和后一位置的距离值Y2之间的差值,即为被测物体在两个位置之间的推出距离。
2.根据权利要求1所述的海底非接触式测距方法,其特征在于:所述竖向驱动机构采用丝杠移动平台,所述横向驱动机构安装在竖向驱动机构的托板上。
3.根据权利要求1所述的海底非接触式测距方法,其特征在于:所述感测端防护罩采用有机玻璃制作。
4.根据权利要求1所述的海底非接触式测距方法,其特征在于:所述激光发射端防护罩采用有机玻璃制作。
5.根据权利要求1所述的海底非接触式测距方法,其特征在于:第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感器的线缆通过水密穿舱接头引出感测端防护罩。
6.根据权利要求1所述的海底非接触式测距方法,其特征在于:使用状态下,所述感测端安装在被测物体表面,激光发射端安装在已知坐标系的不动端,激光发射端的第一点激光器的激光发射方向与被测物体的目标推进方向一致。
7.根据权利要求1所述的海底非接触式测距方法,其特征在于:距离值Y的计算公式如下:
,其中,X为第一二维PSD传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,x为第二二维PSD 传感器检测到的在其光敏面上的光点的X轴方向上的坐标,L为第一二维PSD传感器和第二二维PSD传感:之间的距离值,通过横向驱动机构检测得到。
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