[发明专利]一种大量程真空准直激光测量系统及其位移测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测量领域，涉及一种大量程真空准直激光测量系统及其位移测量方法。

背景技术

由于目前国内所涉及到关于利用真空准直激光测量系统对大坝沉降量测量的系统，在测量范围方面有很大的限制，不能进行大范围的测量，并且测量精度不高，很难对大坝的沉降量进行准确精准的实施测量。

发明内容

本发明为了解决现有真空准直激光测量系统在大坝沉降测量中存在的测量范围小的问题，扩大了大坝沉降量测量的范围，提高了整个测量系统在使用中的灵活性和可靠性，提供了一种基于光学投影测量原理的大量程、灵活的实时测量系统。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种大量程真空准直激光测量系统，包括发射端设备(包括激光器)，接收端设备(包括CCD坐标仪)，其中CCD(光电耦合)激光坐标仪由CCD检测器、信号处理及采集系统以及接口构成、真空泵、测点设备(包括波带板和真空管道及冷却设备以及微机控制)等。其特征在于以发射端和接收端的中心连线作为测量的基准。在发射端安装激光光源，通过固定在大坝待测部位的多个波带板在接收端上形成各自衍射光斑像，通过光斑像位置的变化来解析每个测点变形。当位于测点位置的波带板随着坝测点发生水平或者垂直位移时，通过探测仪测出光斑在成像屏上的位置变化，按照三点准直方法就可以确定测点的位移值。计算公式就是X_沉降量＝X_测量*L_波/L_接，其中X_沉降量是指测点位移值，X_测量是指接收端测量值，L_波是指发射端到波带板的距离，L_接是指发射端到接收端的距离。传统的测量系统就是包括这些，但是由于探测仪的尺寸有限，所以对于沉降量的测量范围有了很大的限制，目前为止可以测得的是0-1m的沉降范围。为了实现大量程测量，系统中真空管道和测点设备均可以进行水平和垂直位置调整，当光斑在成像屏上的位置即将超出成像屏的范围时，为了实现大量程测量，系统中真空管道和测点设备均可以进行水平和垂直位置调整，每次当测点波带板在探测仪的光斑像接近边缘位置时，通过调节测点设备使得波带板成像光斑回到预置点。通过调整前后的自动测量可以得到调整量对测点调整进行补偿。同时对管道支撑点也进行调整，使之符合准直要求。这样就既扩大了测量的范围，又保证了测量精度。该方法测量精度高。在这个系统中真空管道和测点箱同时固定在轴承座上面，测点设备可以调整它们两个的垂直高度和水平高度，以此来标定每次测量的光斑的初始位置。当光斑处于成像屏的边缘位置时，通过测点设备调节激光管道和测点箱的位置使得光斑回到初始标定位置，然后记录水平与垂直的调整位移，将新的初始位置作为起点，再进行下次测量。初始进行标定的时候选定一个基准点，每次光斑成像到探测仪边缘位置时，通过调节测点设备使得成像斑点都回到初始点。通过每次的标定来消除误差，达到精度高的要求。该方法测量精度高。可应用于各种大坝、桥梁的水平位移和垂直沉降测量。系统结构简单、性价比高。

上述方案中，发射端设备是包括激光器、微调装置、密封平晶；测点设备包括控制装置、波带板及起落装置、柔性连接装置、测点箱、水平和垂直位置调节装置和管道等；测点箱与真空管道之间用柔性连接器波纹管相连，防止刚性变形带来的危害；真空管道固定在双向滑动支座上还有轴承座以及手轮，其中激光管道固定在双向滑动支座上面，测点箱固定在轴承座上，升降横梁上面固定在两用升降器上面，用于调整测点箱的水平位置。接收端设备主要是包括自动和人工坐标仪CCD，其中自动坐标仪包括光电探测器件如CCD，信号采集及处理系统以及通讯接口电路构成。

一种大量程真空准直激光测量系统，它所涉及的测量方法，包括下述步骤，

a、标定初始光斑位置，确定准直线的平面坐标原点：

以发射端和接收端的中心连线作为测量的基准，发射端设置激光光源，固定在大坝待测部位的多个波带板分别在接收端上成像，各个光斑像的重心位置坐标设置为其初始坐标，并记录初始坐标记为(X_a，Y_a)。

b、大坝坝体水平位移和垂直沉降量的测量

当位于测点位置的波带板随着坝测点发生水平或者垂直位移时，通过探测仪(CCD坐标仪)测出光斑在成像屏上的位置变化，按照三点准直方法就可以确定测点的位移值。