[发明专利]三维激光扫描尾矿坝体动态监测系统装置

说明书

技术领域

本发明涉及非接触测量技术，具体地涉及三维激光扫描尾矿坝体的非接触动态在线监测系统装置。

背景技术

国家安全生产“十二五”发展规划中对三等及以上尾矿库限期全部安装在线监测系统装置提出了明确要求。三维激光扫描尾矿坝体动态监测系统装置作为尾矿坝体在线监控系统的典型样机，适应时代关于安全稳步发展的需要，对保护国家和人民的生命财产安全具有重要意义。

国外在尾矿库安全运行监测上已形成了包含现场实时数据采集、数据资料综合分析和安全警报等功能的监测预警系统。而国内的尾矿坝体监测主要包括人工测量、光纤监测及全站仪监测等方法，人工采用传统仪器到现场进行测量，易受环境和现场条件的影响，且采集精度不高、信息滞后，同时还存在人员的人身安全问题；运用光纤监测安装复杂，干扰施工，成本高，不适于远距离测量，且误差较大；运用全站仪需要在多个位置进行测量，采样点稀疏且费时。目前尾矿坝体监测开始转向以自动化、网络化和信息管理智能化为手段的数字监控，迫切需要一种高精度、低成本和高效率的三维激光扫描尾矿坝体动态监测系统装置，满足国家关于安全生产的要求。

发明内容

本发明的解决的技术问题：克服现有在线监测技术的不足，提供一套三维激光扫描尾矿坝体的非接触动态在线监测装置，实现非接触在线定时监测，单次扫描速度快，测量精度高，成本低；本发明有效地解决了国家关于安全生产的要求，且装置适用于不同场景的尾矿坝体监测。

本发明的技术方案：三维激光扫描尾矿坝体动态监测系统装置，其特征在于包括：机械单元、激光数据采集单元、控制驱动与反馈单元、通信及上位机单元，其中

机械单元，用于连接激光数据采集单元与水平方向电机和竖直方向电机，实现激光数据采集单元的水平和竖直方向扫描；水平方向旋转变压器与水平方向电机在水平方向电机与水平方向旋转变压器连接装置的固定下同步运动，竖直方向旋转变压器和竖直方向电机在竖直方向电机与竖直方向旋转变压器连接装置的固定下同步运动。

激光数据采集单元，可实时获取地物点场景极半径信息，在水平方向电机和竖直方向电机的带动下，对尾矿坝体全景扫描，将获得的数据信息通过高速数据采集卡传递给上位机。

控制驱动与反馈单元，水平方向驱动器和竖直方向驱动器分别控制水平方向电机和竖直方向电机，带动激光数据采集单元实现水平和竖直维度的匀速扫描，通过水平方向旋转变压器和竖直方向旋转变压器实时获取各个扫描位置的角度信息，在水平方向旋转变压器-数字转换器和竖直方向旋转变压器-数字转换器的整合下分别传递给水平方向驱动器和竖直方向驱动器，通过高速数据采集卡传递给上位机。

通信及上位机单元，高速数据采集卡将激光数据采集单元获取的场景极半径信息、水平方向旋转变压器及竖直方向旋转变压器获得的角度信息实时传送到上位机。上位机对获取数据进行系统矫正，将各坐标系的数据归一化到三维激光扫描尾矿坝体动态监测系统装置的基准坐标系下，并将结果以三维点云的形式显示出来；对各个标志点的三维坐标运用智能监测算法，判断其是否与标准库的结果一致；若不一致，则启动相应的应急预案。

所述的激光数据采集单元为单点激光传感器，在自然表面下采样量程不小于300m，采样频率不小于2000，测量精度不小于60mm，具有RS-232/422/485接口的基于脉冲反射时差法的激光传感器。较高的采样频率可减少单次激光扫描时间，激光传感器的测量精度越高，三维激光扫描尾矿坝体动态监测系统装置的扫描精度就越高，更加接近场景的真三维图像，且控制接口简单。

所述的水平方向电机为功率不小于172.8W，最大空载转速630r/min，峰值堵转扭矩不小于2.2N.m，电流不小于3.6A，质量小于1.5Kg，力矩电机通常使用在堵转或低速情况下，具有堵转力矩大，空载转速低，不需要任何减速装置可直接驱动负载，过载能力强，通过调节端电压来控制输出力矩与转速的大小，体积较小等特点。

所述的竖直方向电机为功率不小于211.2w，最大空载转速460r/min，峰值堵转扭矩不小于4.4N.m，电流不小于4.4A，质量小于2.4Kg，力矩电机通常使用在堵转或低速情况下，具有堵转力矩大，空载转速低，不需要任何减速装置可直接驱动负载，过载能力强，通过调节端电压来控制输出力矩与转速的大小，体积较小等特点。

所述的水平方向旋转变压器为转换率最大为0.5±5％，最大电气误差为±10′，适用于-55～+155℃的环境，质量小于0.065Kg，输出为正余弦模拟信号的角度传感器。适用于高温、严寒、潮湿、高振动等环境，为高精度监测、应用广泛打下基础。