[发明专利]一种基于激光的变形位移量测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光的变形位移量测方法。

背景技术

变形位移量测无论在科学技术研究还是在工程建设方面都有着其重要作用：大坝水平与垂直位移、隧道周边位移、构建物水平与垂直位移等。变形位移量测的方法有用激光距仪、全站仪、数字(传统)经纬仪亦可完成。

现有的变形位移量存在测量装置复杂以及误差大等缺点，某些如全站仪、测距仪等在用于变形位移监测时，设备本身的精度、尤其是使用过程中人为操作上的误差是不可避免的；

另外，现有的基于激光的位移检测方法，采用直接测量两次位移值、再求其差值的方法，由于在恶劣的环境中，要测量较为精确的两次位移值难度很大，尤其容易引入设备的安装误差等误差，从而总整体上导致误差较大，一般单次误差在±3mm左右，甚至测量误差大于实际位移量。

例如目前在隧道施工中，隧道周边位移监测大多采用带钢尺的收敛计和带挂尺的水准仪来完成，由于钢尺材料受温度变化影响较大，尽管使用时进行温度等进行修正(补偿)，仍存在较大偏差，此偏差随环境不同有时大于实际变形位移量，这是其一；其二是这些数据是通过人工观测读取获得，同一个人在不同时间的存在一定的读取偏差，不同的人在同一时间也存在读取偏差；其三也是由于钢尺的存在，与隧道施工相互干扰，当测点之间挂上钢尺时是禁止车辆通行的，当隧道施工有车辆通行亦无法进行变形位移数据采集的。当采用其他方法如全站仪等亦存在相似的问题。

因此，有必要提出一种更为简单且更为精确的测量方案。

由于激光波长单一测量精度高且智能激光变形位移计结构小巧安装调整方便，及远距离无线数据传输等优点，故智能激光变形位移计是目前高精度测量变形位移较理想的仪器之一。

1、激光光源与普通光源有显著的区别它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应使所发光束具有一系列新的特点：

①激光有小的光束发散角即所谓的方向性好或准直性好；

②激光的单色性好或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光；

③激光的输出功率虽然有限度，但光束所以功率密度很高一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于激光的变形位移量测方法，该方法易于实施，且精度高。

发明的技术解决方案如下：

一种基于激光的变形位移量测方法，包括以下步骤：

步骤1：准备工作：在被测目标物上安装一面反射镜，设定激光的调制频率；

步骤2：获取2个相位差值：根据相位差获取步骤获取T₀时刻的相位差以及T₁时刻的相位差T₀时刻和T₁时刻均指接收到反射激光的时间；

步骤3：计算变形位移量ΔL：

ΔL计算公式为其中K＝c/(4πf)；

所述的相位差获取步骤为：由位移测量仪的激光发射头发出一束具有该调制频率的激光即入射激光；激发该入射激光的电信号为第一正弦信号；

该束激光经所述的反射镜反射后形成反射激光被位移测量仪上的激光接收头获取，通过激光解调器获得反射激光对应的电信号为第二正弦信号；

比较第一正弦信号与第二正弦信号，获得相位差对应激光信号往返一次产生相位延迟不足π部分的相位差。

所述的调制频率范围为50MHz-300MHz。(调制频率范围为50MHz-300MHz：对应50MHz时变形范围为0-1500mm，对应100MHz时变形范围为0-750mm，对应300MHz时变形范围为0-250mm，使用时按预估变形量选用相应的调制频率。)

所述的位移测量仪包括正弦波发生器、激光调制器、激光发射头、激光接收器、激光解调器、相位比较器、相位差-距离换算单元和数据处理单元；

正弦波发生器发出的正弦信号分两路分别输出到相位比较器的第一输入端和激光调制器，激光发射头接激光调制器的输出端；

激光解调器的输入端接激光接收头，激光解调器的输出端接相位比较器的第二输入端；