一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)裝置包括激光收發(fā)端、激光反射端、相應(yīng)通訊模塊及上位機(jī)軟件，其中所述激光收發(fā)端包括射頻模塊、雙軸傾角傳感器、溫度傳感器、激光測(cè)距儀、激光束光器、測(cè)繪基座；所述激光反射端包括二維PSD位移傳感器及其輔助部件、安裝支架、量程調(diào)節(jié)旋鈕及驅(qū)動(dòng)控制電路及無(wú)線通訊模塊；所述通訊模塊負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊；所述上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)變形體平面位移、豎直位移的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，該設(shè)備多余觀測(cè)量充分，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自改正與自檢校功能，監(jiān)測(cè)成果可靠性高。
【專利說(shuō)明】一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于涉及安全預(yù)警領(lǐng)域，特別涉及一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]位移量監(jiān)測(cè)具有監(jiān)測(cè)方便、成果直觀、預(yù)警理論完備等特點(diǎn)，在工程建設(shè)或?yàn)?zāi)害防治領(lǐng)域具有重要意義。當(dāng)前，針對(duì)位移量的常見(jiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備有GNSS、測(cè)量機(jī)器人等，上述監(jiān)測(cè)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格偏高不利于廣泛推廣，由此提出了激光測(cè)距式地表位移監(jiān)測(cè)設(shè)備。
[0003]然而，用來(lái)感知激光點(diǎn)位置的傳感器，由于受加工工藝影響，其量程最大只能達(dá)到20 X 20mm2,如此小的量程無(wú)法滿足常規(guī)工程形變監(jiān)測(cè)的需要。
[0004]當(dāng)激光源發(fā)生傾斜(傾角為i)時(shí)，激光束在位置傳感器上的光斑將發(fā)生較大偏移，從而造成較大測(cè)量誤差(甚至粗差)，同時(shí)，激光源與位置傳感器的距離(S)越大，光斑偏移越明顯。由測(cè)小角理論可知:當(dāng)S = 50m，i = 0.1°，光斑位置偏移量為87.27mm、i =
0.01°，光斑位置偏移為8.73mm)，可見(jiàn)不采取校正措施激光測(cè)距式地表位移監(jiān)測(cè)裝置將無(wú)法使用。
[0005]此外，要達(dá)到野外長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)低功耗的需求，須具備激光源功耗控制功能；為減小環(huán)境光(日光)強(qiáng)度加劇激光束散射，從而造成位置傳感器對(duì)位移量分辨率降低的效應(yīng)，有必要設(shè)計(jì)束光功能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置。
[0007]本實(shí)用新型提供了一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)裝置包括激光收發(fā)端、激光反射端、相應(yīng)通訊模塊及上位機(jī)軟件，其中所述激光收發(fā)端包括射頻模塊、雙軸傾角傳感器、溫度傳感器、激光測(cè)距儀、激光束光器、測(cè)繪基座；所述激光反射端包括二維PSD位移傳感器及其輔助部件、安裝支架、量程調(diào)節(jié)旋鈕及驅(qū)動(dòng)控制電路及無(wú)線通訊模塊；所述通訊模塊負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊和設(shè)備兩端數(shù)據(jù)交換；所述上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析。
[0008]進(jìn)一步地，所述激光測(cè)距儀附加集成了無(wú)線通訊模塊、雙軸傾角傳感器、溫度傳感器及激光束光器。
[0009]進(jìn)一步地，所述測(cè)繪基座包含整平用腳螺旋及水準(zhǔn)管，以使設(shè)備安裝精密整平。
[0010]進(jìn)一步地，所述激光收發(fā)端可實(shí)現(xiàn)空間距離測(cè)量，并依據(jù)傾斜角度和現(xiàn)場(chǎng)溫度，按測(cè)量學(xué)相關(guān)原理對(duì)空間距離進(jìn)行傾斜改正及大氣折光改正，最終量化位移觀測(cè)所包含的系統(tǒng)誤差。
[0011]進(jìn)一步地，所述二維PSD位移傳感器集成了濾鏡、廣角鏡頭、成像透板、二維C⑶及鏡頭畸變矯正透鏡組。
[0012]進(jìn)一步地，所述支架集成了濾鏡調(diào)節(jié)螺旋及量程調(diào)節(jié)螺旋，通過(guò)對(duì)二者的調(diào)節(jié)，分別實(shí)現(xiàn)最佳濾光效果和擴(kuò)大監(jiān)測(cè)量程的目的。
[0013]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)采集的數(shù)據(jù)包括激光收發(fā)端到位移傳感器的空間距離、激光收發(fā)端平面傾斜角度、豎直傾斜角度、現(xiàn)場(chǎng)溫度T、以及光斑在位移傳感器中的位置。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)變形體平面位移、豎直位移的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，該設(shè)備多余觀測(cè)量充分，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自改正與自檢校功能，監(jiān)測(cè)成果可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置示意圖。
[0016]圖2為設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝流程。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型提供的帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置包括激光收發(fā)端、激光反射端、相應(yīng)通訊模塊及上位機(jī)軟件，其中激光收發(fā)端負(fù)責(zé)激光發(fā)射及返回信號(hào)接收，從而獲取基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的空間距離；激光反射端則負(fù)責(zé)激光發(fā)射以光斑位置識(shí)別；通訊模塊負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊功能；所述上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析。
[0019]監(jiān)測(cè)裝置的安裝分為激光收發(fā)端及激光反射端兩大部分，安裝時(shí)兩部分安裝高度應(yīng)協(xié)調(diào)，確保位移傳感器發(fā)揮最大監(jiān)測(cè)量程，二者安裝流程如圖2所示。
[0020]具體地，激光收發(fā)端由下到上依次包括了測(cè)繪基座6、激光測(cè)距儀4、射頻模塊1、雙軸傾角傳感器2以及溫度傳感器3等部件。本裝置激光測(cè)距儀4后部集成了無(wú)線通訊模塊，上部集成了雙軸傾角傳感器2以及溫度傳感器3，前部集成了激光束光器5，其中無(wú)線通訊模塊包含了電源接口、傾角及溫度傳感器接口及射頻模塊1，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集并通過(guò)射頻模塊I與反射端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；束光器5可減小激光散射，縮小光斑面積，進(jìn)而提高位移傳感器的分辨率；整個(gè)激光收發(fā)端可實(shí)現(xiàn)空間距離(S)測(cè)量，并依據(jù)傾斜角度和現(xiàn)場(chǎng)溫度，按測(cè)量學(xué)相關(guān)原理對(duì)S進(jìn)行傾斜改正及大氣折光改正，最終量化位移觀測(cè)所包含的系統(tǒng)誤差。本裝置中測(cè)繪基座6包含整平用腳螺旋及水準(zhǔn)管7，主要為其上部激光測(cè)距裝置提供近似水平的安裝條件，水準(zhǔn)管7的存在可大大提高安裝精度，進(jìn)而保障傾角傳感器2在其量程內(nèi)長(zhǎng)期有效地發(fā)揮其功能。
[0021]激光反射端包括二維PSD位移傳感器及其輔助部件、安裝支架21、量程調(diào)節(jié)旋鈕16及驅(qū)動(dòng)控制電路19及無(wú)線通訊模塊17。本裝置二維PSD位移傳感器集成了濾鏡10、廣角鏡頭12、成像透板11、二維(XD14及鏡頭畸變矯正透鏡組15。其中透板11前加裝的濾鏡10可對(duì)環(huán)境雜光起到良好的過(guò)濾作用，減小外界環(huán)境光對(duì)測(cè)量的影響，進(jìn)一步提高位移傳感器觀測(cè)精度。利用廣角鏡頭12成像原理可達(dá)到擴(kuò)大量程的目的，同時(shí)為減小廣角鏡頭畸變差，集成了防畸變透鏡組。當(dāng)CCD14不斷對(duì)透板11進(jìn)行圖像掃描，從而獲得激光光斑位置(X，Y)。本裝置激光反射端安裝支架21借助水準(zhǔn)管7實(shí)現(xiàn)精密安裝；同時(shí)支架21集成了濾鏡調(diào)節(jié)螺旋13及量程調(diào)節(jié)螺旋16，通過(guò)對(duì)二者的調(diào)節(jié)，可分別實(shí)現(xiàn)最佳濾光效果及擴(kuò)大監(jiān)測(cè)量程的目的。通過(guò)量程調(diào)節(jié)螺旋16對(duì)透板11與廣角鏡頭12的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了量程的大小調(diào)用功能，同時(shí)，在量程調(diào)節(jié)桿上標(biāo)定本裝置量程，以便現(xiàn)場(chǎng)對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行量程調(diào)節(jié)；該螺旋設(shè)計(jì)位于廣角透鏡12后方，可提高該螺旋的靈敏度同時(shí)減小螺旋調(diào)節(jié)回程差。本裝置處理電路板包含CCD驅(qū)動(dòng)電路18、控制電路19、及無(wú)線通訊模塊17，該模塊17主要負(fù)責(zé)解析CCD14的圖像數(shù)據(jù)，獲取光斑位置；無(wú)線通訊模塊17中帶有無(wú)線射頻功能，需要測(cè)量時(shí)向激光測(cè)距儀4處的射頻模塊I發(fā)送電源開(kāi)關(guān)閉合指令，激光測(cè)距儀4打開(kāi)激光開(kāi)始測(cè)距并將距離值保存于自身寄存器內(nèi)；監(jiān)測(cè)點(diǎn)處理電路板完成自身光斑位置解析后發(fā)送射頻指令，讀取激光傳感器3距離值、雙軸傾角傳感器2傾角值及環(huán)境溫度值，通過(guò)無(wú)線通訊模塊17遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至指定終端，發(fā)送測(cè)量完成指令，激光傳感器3自行斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)入待機(jī)模式。
[0022]上位機(jī)軟件在裝置安裝調(diào)試完成并正常運(yùn)行后可采集如下數(shù)據(jù):激光收發(fā)端到位移傳感器的空間距離S ;激光收發(fā)端平面傾斜角度i及豎直傾斜角度j ;現(xiàn)場(chǎng)溫度T ;光斑在位移傳感器中的位置(X，Y)。若不考慮激光采發(fā)設(shè)備的傾斜以及大氣折光的影響，(χ，γ)即為當(dāng)前光斑位置，但是實(shí)際監(jiān)測(cè)條件中存在基準(zhǔn)點(diǎn)并非嚴(yán)格穩(wěn)定(即激光收發(fā)端可能發(fā)生微小二維傾斜)，監(jiān)測(cè)期間溫差較大等誤差來(lái)源因素。所以設(shè)計(jì)編制數(shù)據(jù)解算上位機(jī)軟件，通過(guò)上述觀測(cè)量可對(duì)空間距離S進(jìn)行三差改正(二維傾斜及溫度改正)，最終將每期觀測(cè)數(shù)據(jù)歸化至水平面及豎直面上，對(duì)光斑在位移傳感器上位置進(jìn)行改正。以當(dāng)前觀測(cè)值與首期觀測(cè)值以及上一期觀測(cè)值分別求差值，可得到更為精確可靠的位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變形量和變形速率。上位及軟件具備數(shù)據(jù)查詢、下載、變形過(guò)程線繪制以及短信預(yù)警等基本功能。
[0023]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，在上述說(shuō)明書的描述中提到的數(shù)值及數(shù)值范圍并不用于限制本實(shí)用新型，只是為本實(shí)用新型提供優(yōu)選的實(shí)施方式，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶傾斜校正的非接觸激光地表位移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)裝置包括激光收發(fā)端、激光反射端、相應(yīng)通訊模塊及上位機(jī)軟件，其中所述激光收發(fā)端包括射頻模塊、雙軸傾角傳感器、溫度傳感器、激光測(cè)距儀、激光束光器、測(cè)繪基座；所述激光反射端包括二維PSD位移傳感器及其輔助部件、安裝支架、量程調(diào)節(jié)旋鈕及驅(qū)動(dòng)控制電路及無(wú)線通訊模塊；所述通訊模塊負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊和設(shè)備兩端數(shù)據(jù)交換；所述上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光測(cè)距儀附加集成了無(wú)線通訊模塊、雙軸傾角傳感器、溫度傳感器及激光束光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)繪基座包含整平用腳螺旋及水準(zhǔn)管，以使設(shè)備安裝精密整平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述激光收發(fā)端可實(shí)現(xiàn)空間距離測(cè)量，并依據(jù)傾斜角度和現(xiàn)場(chǎng)溫度，按測(cè)量學(xué)相關(guān)原理對(duì)空間距離進(jìn)行傾斜改正及大氣折光改正，最終量化位移觀測(cè)所包含的系統(tǒng)誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述二維PSD位移傳感器集成了濾鏡、廣角鏡頭、成像透板、二維CCD及鏡頭畸變矯正透鏡組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的裝置，其特征在于，所述支架集成了濾鏡調(diào)節(jié)螺旋及量程調(diào)節(jié)螺旋，通過(guò)對(duì)二者的調(diào)節(jié)，分別實(shí)現(xiàn)最佳濾光效果及擴(kuò)大監(jiān)測(cè)量程的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)采集的數(shù)據(jù)包括激光收發(fā)端到位移傳感器的空間距離、激光收發(fā)端平面傾斜角度、豎直傾斜角度、現(xiàn)場(chǎng)溫度T、以及光斑在位移傳感器中的位置。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK203964872SQ201420325790
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】魏世玉, 楊建國(guó), 陳柏林, 楊富軍, 趙火焱, 吳孟, 何飛, 陳立川, 姚光華, 鄧濤, 向強(qiáng), 賀建波 申請(qǐng)人:重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院