[发明专利]一种自适应扫描路基沉降远程监测装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量和几何位置测量技术领域，涉及一种自适应扫描路基沉降远程监测装置与方法。

背景技术

路基沉降测量在轨道安全检测及监测中起着重要作用。目前用于测量道路路基沉降观测装置主要有水杯沉降仪、沉降板测量装置、剖面沉降仪、PVC管沉降仪、磁环沉降仪。以上现有技术普遍存在以下三个主要缺点：第一依靠人工测量或纪录，测量效率低，检测精度低；第二选择基准点时，稳定性和低成本不能兼得；第三测量不能远程监控，也不能进行自动测量。

《一种利用激光远程测量路基沉降的装置与方法》(见申请号：200810222753.1)。该发明使用激光自动测量路基的沉降，并将测量数值通过无线通信网络传送到中央处理单元，从而实现对观察点路基沉降的远程监测。但该装置与方法仍然存在以下三个问题：

基于成像原理，测量前需要人工标定成像倍率，而实际施工过程中，精确测量成像物距有一定难度，得到的成像倍率与实际成像倍率存在一定的偏差，影响测量结果；

目标与测量装置一对一测量，测量成本偏高；

光源强度不可调、光电器件的动态范围较小，难以消除杂散光，制约着该装置的适用范围。

发明内容

本发明的目的是，针对目前已有的路基沉降测量装置及方法中存在的缺陷，提出一种自适应扫描路基沉降远程监测装置与方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种自适应扫描路基沉降远程监测装置，包括：光源、位置测量单元、沉降检测桩和固定观察桩。

位置测量单元和固定观察桩之间设电动旋转台；所述电动旋转台包括转台面、机座、转动轴、蜗杆传动机构、联轴器、步进电机；所述机座安装在固定观察桩上，所述步进电机安装在所述机座上；所述蜗杆传动机构通过联轴器与步进电机连接；所述转台面与所述转动轴固定连接；蜗杆传动机构与转动轴啮合；所述转动轴带动转台面旋转，安装在转台面上的所述光源位置测量单元跟随转台面旋转；

所述光源包括光源单元和控制单元，所述控制单元用于调节所述光源单元的光强；

所述光源单元包括第一点光源、第二点光源，所述第一点光源、第二点光源分别固定在固定板上相互间隔距离d的第一孔与第二孔中；

第一孔与第二孔的距离d介于所述路基沉降测量单元的分辨率L1和测量范围L2之间；L1＝l1*s1/s2；L2＝l2*s1/s2；l1、l2分别为所述光电位置探测器分辨率和测量范围；s1为系统成像光路物距；s2为系统成像光路像距；s1、s2精确到mm量级；

所述光源单元包括如下四种组成方式：

一、在所述第一孔和第二孔中各放置并固定第一单色发光二极管、第二单色发光二极管；所述两个单色发光二极管均与控制单元连接；两个单色发光二极管形成第一点光源和第二点光源；

二、在以所述第一孔和第二孔所在位置的连线为底边，构成的等腰三角形顶角处设置一超高亮单色发光二极管；所述超高亮单色发光二极管与控制单元连接；所述超高亮单色发光二极管发出的光从固定板上的两个孔穿过，形成所述第一点光源、第二点光源；

三、包括固定板、第一带尾纤的半导体激光器、光纤分束器；光纤分束器包括一个输出端与两个输入端；所述第一带尾纤的半导体激光器的控制端与所述控制单元连接，所述第一带尾纤的半导体激光器的第一输出尾纤与所述光纤分束器的输入端连接，所述光纤分束器的两个输出端分别与第一输出光纤、第二输出光纤的一端连接，所述第一输出光纤、第二输出光纤的另一端分别固定在所述第一孔和第二孔中，形成所述第一点光源、第二点光源；

四、包括固定板、第二带尾纤的半导体激光器、第三带尾纤的半导体激光器；所述第二带尾纤的半导体激光器和第三带尾纤的半导体激光器的控制端与控制单元连接，所述第二带尾纤的半导体激光器和第三带尾纤的半导体激光器的输出尾纤分别固定在所述第一孔和第二孔中，形成所述第一点光源、第二点光源。

所述光电位置探测器采用线阵电荷耦合器件或位置敏感探测器。

所述控制与信号处理电路同时控制所述光电位置探测器与所述电动旋转台。

基于线阵电荷耦合器件作为光电位置探测器的上述一种自适应扫描路基沉降远程监测装置的一种自适应扫描路基沉降远程监测方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤一，在路基沉降观测路段设置位置测量单元和与光源相同的第一光源、第二光源、第三光源、第四光源；