專利名稱：一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量裝置，尤其涉及一種用在建筑工程測量領(lǐng)域的光電式非接觸測量裝置。
背景技術(shù)：
公路鐵路等各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一直占據(jù)著舉足輕重的地位。同時(shí)，在基礎(chǔ)設(shè)施中的各種大型建筑物結(jié)構(gòu)，如橋梁、樓宇、大壩等的正常運(yùn)營更是關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。保證這些基礎(chǔ)設(shè)施能夠正常運(yùn)營的一個(gè)重要手段就是對其相關(guān)指標(biāo)的測量。眾所周知，在建筑工程測量領(lǐng)域，對變形、位移的檢測和監(jiān)測比較傳統(tǒng)的方法是使用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀或全站儀等，但是在某些特殊場合或特殊要求的情況下，如高速連續(xù)采集位移變化等，這些常規(guī)儀器并不能提供很好的解決方案。近年來，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域相繼發(fā)展了一些利用圖像法、激光原理等專用位移測量裝置，通過工程實(shí)地測量驗(yàn)證，或多或少存在一些問題，如本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)粗糙導(dǎo)致易用性較差，比較容易受外界環(huán)境影響精度較低等。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種是用范圍廣泛，較現(xiàn)有同類檢測手段具備更高的精度，更加便捷易用的使用方式，高速的光電式非接觸位移測量裝置和方法。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，包括高亮LED發(fā)光裝置、瞄準(zhǔn)器、光電接收主機(jī)和計(jì)算機(jī)，其特征在于所述光電接收主機(jī)包括光路切換機(jī)構(gòu)、高速CCD圖像傳感器及高精度角度傳感器，高精度角度傳感器安裝在三角架的豎向轉(zhuǎn)軸上，高速CCD圖像傳感器設(shè)置在高精度角度傳感器上，光路切換機(jī)構(gòu)設(shè)置在高速CCD圖像傳感器側(cè)邊并能控制高速CXD圖像傳感器上形成的圖像點(diǎn)，瞄準(zhǔn)器置于高亮LED發(fā)光裝置上，光電接收主機(jī)通過數(shù)據(jù)總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。所述的光路切換機(jī)構(gòu)為推拉式。所述的瞄準(zhǔn)器與LED發(fā)光裝置的安裝平面正交，以保證測量時(shí)LED發(fā)光裝置發(fā)出的LED光線與光電接收主機(jī)的光軸平行。與所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)總線從光電接收主機(jī)內(nèi)部的光路中穿過。使用該裝置時(shí)，采用如下的方法I)首先將高亮LED放光裝置牢固安裝在被測物體之上，調(diào)節(jié)高亮LED發(fā)光裝置的光線水平和豎直照射方向，通過瞄準(zhǔn)裝置照準(zhǔn)主機(jī)所在位置；2)接下來調(diào)整主機(jī)水平及俯仰角度，通過推拉式光路切換機(jī)構(gòu)使主機(jī)照準(zhǔn)高亮LED發(fā)光裝置，并且在高速CXD圖像傳感器上形成有效圖像點(diǎn)。[0014]3)通過軟件界面設(shè)定當(dāng)前的采樣速率及圖像亮度、對比度的相關(guān)參數(shù)，輸入當(dāng)前由高精度角度傳感器獲取的當(dāng)前主機(jī)俯仰角度，計(jì)算當(dāng)前光學(xué)系統(tǒng)放大率。4)當(dāng)待測物體放生位移或變位，安裝在其上的高亮LED發(fā)光裝置隨之運(yùn)動(dòng)，圖像點(diǎn)亦相應(yīng)實(shí)時(shí)改變位置。圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總經(jīng)計(jì)算機(jī)接口傳輸進(jìn)入計(jì)算機(jī)。5)專用軟件經(jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算，獲取圖像點(diǎn)像素變化量，進(jìn)一步通過光路系統(tǒng)的放大率得出物體位移或振動(dòng)的真實(shí)大小，高速實(shí)時(shí)繪制位移或振動(dòng)隨時(shí)間變化的曲線圖表。同時(shí)能將數(shù)據(jù)存儲為專用的文件格式，通過后期處理或多次測量對比，可進(jìn)一步提高測量數(shù)據(jù)的可靠性及精度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)I、光電接收主機(jī)的光路切換機(jī)構(gòu)采用推拉式，結(jié)構(gòu)上簡單可靠，符合人體工學(xué)， 能提供良好的操作體驗(yàn)。2、高亮LED發(fā)光裝置上設(shè)置瞄準(zhǔn)器，使LED光線能夠與光電接收主機(jī)光路系統(tǒng)光軸平行，從而使高速CCD圖像傳感器接收到的光強(qiáng)最強(qiáng)，能夠進(jìn)行高速實(shí)時(shí)測量，極大提高了采樣速率。3、高精度角度傳感器結(jié)合高亮LED發(fā)光裝置上的瞄準(zhǔn)器，進(jìn)一步提高了現(xiàn)場光路系統(tǒng)放大率的計(jì)算精度，進(jìn)而提聞測量精度。4、數(shù)據(jù)總線從儀器內(nèi)部貫穿光路之后與計(jì)算機(jī)接口連接，構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單。既不影響光路的正常工作，同時(shí)又能保證測量時(shí)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

圖I是本發(fā)明的發(fā)射和光電接收裝置示意圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。圖中，光路切換機(jī)構(gòu)I、高速CXD圖像傳感器2、高精度角度檢測裝置3、數(shù)據(jù)總線
4、瞄準(zhǔn)器5、光電接收主機(jī)6、三腳架7、計(jì)算機(jī)8。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述如圖1、2所示，一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，包括高亮LED發(fā)光裝置、瞄準(zhǔn)器5、光電接收主機(jī)6和預(yù)裝專用數(shù)據(jù)采集處理軟件的計(jì)算機(jī)8，所述光電接收主機(jī)6包括光路切換機(jī)構(gòu)I、高速CCD圖像傳感器2及高精度角度傳感器3，高精度角度傳感器3安裝在三角架7的豎向轉(zhuǎn)軸上，高速CXD圖像傳感器2設(shè)置在高精度角度傳感器3上，光路切換機(jī)構(gòu)I設(shè)置在高速CXD圖像傳感器2側(cè)邊并能控制高速CXD圖像傳感器2上形成的圖像點(diǎn)，瞄準(zhǔn)器5置于高亮LED發(fā)光裝置上，光電接收主機(jī)6通過數(shù)據(jù)總線4與計(jì)算機(jī)8進(jìn)行通訊。所述的光路切換機(jī)構(gòu)I為推拉式，所述的瞄準(zhǔn)器5與LED發(fā)光裝置的安裝平面正交，以保證測量時(shí)LED發(fā)光裝置發(fā)出的LED光線與光電接收主機(jī)6的光軸平行。所述的與計(jì)算機(jī)8進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)總線4從光電接收主機(jī)6內(nèi)部的光路中穿過。使用時(shí)，將瞄準(zhǔn)器5使安裝于被測物體上的高亮LED發(fā)光裝置上，照準(zhǔn)光電接收主機(jī)6 ;通過調(diào)整位于三腳架7上的接收主機(jī)6的水平及俯仰角，并使用推拉式光路切換機(jī)構(gòu)I使LED發(fā)光裝置在高速CXD圖像傳感器2上形成有效圖像點(diǎn)；[0028]高亮LED發(fā)光裝置會(huì)隨著被測物體位移和或振動(dòng)同步運(yùn)動(dòng)，同時(shí)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像于高速CCD圖像傳感器2上的圖像點(diǎn)亦會(huì)發(fā)生相應(yīng)的位置變化；高速CXD圖像傳感器2和高精度角度傳感器3通過數(shù)據(jù)總線4實(shí)時(shí)將圖像數(shù)據(jù)和主機(jī)俯仰角傳送到計(jì)算機(jī)8中。專用軟件對獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲取圖像點(diǎn)像素變化量。根據(jù)光路系統(tǒng)的放大率即可得出物體位移或振動(dòng)的真實(shí)大小。 最后通過高精度角度傳感器3得到的當(dāng)前俯仰角對當(dāng)前光路系統(tǒng)放大率進(jìn)行修正，進(jìn)一步提高精度。在使用本發(fā)明裝置及方法對物體位移或振動(dòng)進(jìn)行測量時(shí)，首先要確保安裝在被測物體上的高亮LED發(fā)光裝置能夠通過光路系統(tǒng)在高速CXD圖像傳感器上形成有效圖像點(diǎn)。為了提高裝置的可靠性及有效利用光學(xué)系統(tǒng)，降低測量成本，本測量系統(tǒng)采用推拉式光路轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行光電主機(jī)照準(zhǔn)LED發(fā)射裝置時(shí)，打開光路切換機(jī)構(gòu)，通過光學(xué)系統(tǒng)照準(zhǔn)LED發(fā)射裝置；在進(jìn)行位移或振動(dòng)測量時(shí)，關(guān)閉光路切換機(jī)構(gòu)，此時(shí)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入成像工作狀態(tài)，即可通過數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)傳輸圖像數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，由預(yù)安裝軟件高速實(shí)時(shí)計(jì)算位移和振動(dòng)并繪制曲線。通常情況下，C⑶等一些圖像傳感器的采樣速率與曝光時(shí)間成反比。在實(shí)際工程測量時(shí)，高亮LED發(fā)光裝置通常距離光電接收主機(jī)幾百米的距離，基于光本身及其在大氣中傳播的特性，在光電主機(jī)光學(xué)系統(tǒng)照準(zhǔn)高亮LED發(fā)光裝置的同時(shí)，利用瞄準(zhǔn)器實(shí)現(xiàn)LED光線與主機(jī)光軸的平行也極其重要。只有這樣才能保證高速CXD圖像傳感器接收的光強(qiáng)最強(qiáng)，在獲取相同質(zhì)量的圖像點(diǎn)的情況下，能夠采用較短的曝光時(shí)間，充分發(fā)揮了高速CCD圖像傳感器的性能，實(shí)現(xiàn)了高速實(shí)時(shí)采集。在測量時(shí)需考慮的另一個(gè)實(shí)際問題是高亮LED發(fā)光裝置與光電接收主機(jī)通常不在同一高程，這樣在測量由載荷引起的豎向變形或振動(dòng)時(shí)，LED發(fā)光裝置隨之運(yùn)動(dòng)的平面必然與光電主機(jī)光學(xué)系統(tǒng)成像面成一定角度。這時(shí)由成像點(diǎn)像素變化去計(jì)算實(shí)際變形量時(shí)不能僅僅考慮光學(xué)系統(tǒng)自身的放大率，同時(shí)要根據(jù)當(dāng)前光電接收主機(jī)的俯仰角對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。為此本裝置在豎向轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝有高精度角度檢測裝置，在軟件界面輸入當(dāng)前光電接收主機(jī)的豎向偏轉(zhuǎn)角度，軟件利用該角度修正放大率，進(jìn)而提高測量精度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍的前提下，可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種修改、變化和組合，并且認(rèn)為這種修改、變化和組合是在獨(dú)創(chuàng)性思想的范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求1.一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，包括高亮LED發(fā)光裝置、瞄準(zhǔn)器(5)、光電接收主機(jī)(6)和計(jì)算機(jī)(8)，其特征在于所述光電接收主機(jī)(6)包括光路切換機(jī)構(gòu)(I)、高速CCD圖像傳感器(2)及高精度角度傳感器(3)，高精度角度傳感器(3)安裝在三角架(7)的豎向轉(zhuǎn)軸上，高速CXD圖像傳感器(2)設(shè)置在高精度角度傳感器(3)上，光路切換機(jī)構(gòu)(I)設(shè)置在高速CXD圖像傳感器(2)側(cè)邊并能控制高速CXD圖像傳感器(2)上形成的圖像點(diǎn)，瞄準(zhǔn)器(5)置于高亮LED發(fā)光裝置上，光電接收主機(jī)(6)通過數(shù)據(jù)總線(4)與所述計(jì)算機(jī)(8)進(jìn)行通訊。
2.如權(quán)利要求I所述的一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，其特征在于所述的光路切換機(jī)構(gòu)(I)為推拉式。
3.如權(quán)利要求I所述的一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，其特征在于所述的瞄準(zhǔn)器(5)與LED發(fā)光裝置的安裝平面正交，以保證測量時(shí)LED發(fā)光裝置發(fā)出的LED光線與光電接收主機(jī)(6)的光軸平行。
4.如權(quán)利要求I所述的一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，其特征在于與所述計(jì)算機(jī)(8 )進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)總線(4 )從光電接收主機(jī)(6 )內(nèi)部的光路中穿過。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高速光電式非接觸位移撓度測量裝置，該裝置包括高亮LED發(fā)光裝置、瞄準(zhǔn)器、光電接收主機(jī)和預(yù)裝專用數(shù)據(jù)采集處理軟件的計(jì)算機(jī)，所述光電接收主機(jī)包括光路切換機(jī)構(gòu)、高速CCD圖像傳感器及高精度角度傳感器，高精度角度傳感器安裝在三角架的豎向轉(zhuǎn)軸上，高速CCD圖像傳感器設(shè)置在高精度角度傳感器上，光路切換機(jī)構(gòu)設(shè)置在高速CCD圖像傳感器側(cè)邊并能控制高速CCD圖像傳感器上形成的圖像點(diǎn)，瞄準(zhǔn)器置于高亮LED發(fā)光裝置上，光電接收主機(jī)通過數(shù)據(jù)總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。該裝置可用于測量及監(jiān)測橋梁撓度、地面沉降、建筑物下沉和移動(dòng)，具有使用范廣、高速非接觸測量和安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)。
文檔編號G01B11/02GK202494431SQ20122006571
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者王鑫 申請人:北京智騰永逸儀器設(shè)備有限公司