本發(fā)明涉及位移的精確測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及沉降觀測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著國家高鐵事業(yè)的迅猛發(fā)展，高鐵總里程數(shù)與鐵路運(yùn)力不斷提高。這些對(duì)鐵路軌道路基沉降的控制提出了越來越高的要求，對(duì)路基沉降的監(jiān)測也提出了更大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的土木監(jiān)測技術(shù)有監(jiān)測樁法、沉降板法、水管式沉降儀法、單點(diǎn)沉降計(jì)法等。這些方法均需要人工讀數(shù)，耗費(fèi)人力效率低下，且無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和遠(yuǎn)程監(jiān)控。相比之下光學(xué)測量技術(shù)速度快，精度高，有利于采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信息化處理，提高工作效率。

在光學(xué)測量技術(shù)中,面陣CCD是一系列排列成面陣的微小光敏器件組成的探測器陣列，可以檢測到微米級(jí)的細(xì)微位移，是檢測系統(tǒng)的位移檢測核心。但其制作成本高，尺寸較小，只能實(shí)現(xiàn)小范圍的位移測量，不利于其實(shí)際應(yīng)用。

例如，在鐵路隧道的施工過程中，隧道的挖掘不可避免地會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生不停程度的擾動(dòng)和破壞。如果地層形變過大，極易誘發(fā)塌方等隧道事故。根據(jù)巖體完整程度和巖石強(qiáng)度等指標(biāo)，我國對(duì)圍巖進(jìn)行等級(jí)劃分，分為一到六級(jí)，數(shù)字越小圍巖性質(zhì)越好。對(duì)其進(jìn)行沉降監(jiān)控時(shí)一般情況下Ⅰ，Ⅱ級(jí)較為穩(wěn)定，沉降程度低，Ⅲ級(jí)圍巖每400m、Ⅳ級(jí)圍巖每300m、Ⅴ級(jí)圍巖每200m布設(shè)一個(gè)觀測斷面。該區(qū)間內(nèi)沉降范圍往往達(dá)到幾十厘米，現(xiàn)有的面陣CCD測量方式難以實(shí)現(xiàn)如此大范圍的精確測量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大范圍位移的精確測量方法，能夠精確測量待測目標(biāo)的大范圍位置偏移量，解決了面陣CCD元件因?yàn)槌叽缦拗圃斐傻臏y量范圍小的問題，極大的提高了測量的范圍，且測量的范圍可擴(kuò)展，易于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化與信息化，提高了工作效率且避免了人的觀測誤差。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種大范圍位移的精確測量方法，包括：

隨待測目標(biāo)移動(dòng)的激光器，用于從所述待測目標(biāo)的位置發(fā)射定向的光信號(hào)；

在大的空間平面范圍內(nèi)捕捉所述光信號(hào)的位置導(dǎo)向器；以及

在小的空間平面范圍內(nèi)捕捉所述光信號(hào)的面陣CCD元件；

所述位置導(dǎo)向器和面陣CCD元件所捕捉所述光信號(hào)的空間平面平行；

首先利用位置導(dǎo)向器在所述大的空間平面范圍內(nèi)確定所述光信號(hào)所在的所述小的空間平面范圍，再利用所述面陣CCD元件在所述小的空間平面范圍內(nèi)確定所述光信號(hào)的精確位置；

根據(jù)所述待測目標(biāo)在移動(dòng)前后所測定的所述光信號(hào)的精確位置，測算得到所述待測目標(biāo)在所測空間平面上的位移。

所述位置導(dǎo)向器包括光敏器件，布置在所述大的空間平面范圍內(nèi)，用以捕捉所述光信號(hào)，所述小的空間平面范圍為單一光敏器件在所測空間平面內(nèi)能夠感知所述光信號(hào)的范圍；

所述面陣CCD元件能夠按一定方式完全覆蓋所述光敏器件，使得所述面陣CCD元件與所述光敏器件的相對(duì)位置在覆蓋狀態(tài)時(shí)保持不變；

所述面陣CCD元件移動(dòng)至按既定方式覆蓋所述光敏器件時(shí)，由所述面陣CCD元件上的某感光點(diǎn)所感知到所述光信號(hào)的位置即為所述光信號(hào)的精確位置。

進(jìn)一步地，待測目標(biāo)在前后兩個(gè)不同精確位置之間的位移由所述面陣CCD元件位移和所述感光點(diǎn)變化位移相加計(jì)算得到；

所述面陣CCD元件位移是指所述面陣CCD元件由測定前一精確位置處向測定后一精確位置處移動(dòng)所產(chǎn)生的位移；

所述感光點(diǎn)變化位移是指由前一感知到所述光信號(hào)的感光點(diǎn)在所述面陣CCD元件上的位置到后一感知到所述光信號(hào)的感光點(diǎn)在所述面陣CCD元件上的位置的位移。

進(jìn)一步地，所述位置導(dǎo)向器包括多個(gè)光敏器件，光敏器件作為光敏單元均勻排布構(gòu)成光敏單元矩陣，所述光敏單元矩陣在所測空間平面內(nèi)能夠感知所述光信號(hào)的范圍即為所述大的空間平面范圍。

具體地，所述光敏器件為方形的光敏電阻、光敏二極管或光敏三極管，相鄰光敏器件緊密排布，并通過監(jiān)測電路實(shí)現(xiàn)對(duì)所述光信號(hào)的感知。

進(jìn)一步地，所述光敏單元矩陣側(cè)方設(shè)有由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)面陣CCD元件平行于所述光敏單元矩陣移動(dòng)，以覆蓋感知所述光信號(hào)的光敏器件；

所述面陣CCD元件的平面位移通過所述伺服電機(jī)精確測算得到。

進(jìn)一步地，所測空間平面與所述光信號(hào)的發(fā)射方向垂直，所述待測目標(biāo)的空間位移由以下方法測算得到：

測定所述光信號(hào)在所述待測目標(biāo)移動(dòng)前后由激光器到達(dá)所述位置導(dǎo)向器的時(shí)間差值，根據(jù)光速，由位移-時(shí)間公式計(jì)算得到所述待測目標(biāo)垂直于所測空間平面的位移，將其與所述待測目標(biāo)在所測空間平面上的位移相加即得所述待測目標(biāo)的空間位移。

作為優(yōu)選，所述大的空間平面范圍包括所述待測目標(biāo)的移動(dòng)路徑沿所述激光器發(fā)光方向在所述大的空間平面上的二維投影。

本發(fā)明還提供了一種大范圍位移的精確測量裝置，解決了面陣CCD元件因?yàn)槌叽缦拗圃斐傻臏y量范圍小的問題，具有測量范圍大、精度高的優(yōu)點(diǎn)，且測量的范圍易于擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了測量過程的自動(dòng)化與信息化，提高了工作效率，避免了人的觀測誤差。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種大范圍位移的精確測量裝置，包括：半導(dǎo)體激光器、位置導(dǎo)向器和位于前兩者之間的面陣CCD元件，以及驅(qū)動(dòng)所述面陣CCD元件的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器；

所述激光器與待測目標(biāo)綁定，隨待測目標(biāo)移動(dòng)，用于從所述待測目標(biāo)的位置發(fā)射定向的光信號(hào)；

所述位置導(dǎo)向器包括光敏單元矩陣，其由多個(gè)與監(jiān)測電路相連的方形光敏器件均勻排列構(gòu)成，所述光敏器件用于感知所述光信號(hào)，所述監(jiān)測電路用于識(shí)別所述光敏單元矩陣中感知所述光信號(hào)的光敏器件，所述監(jiān)測電路與所述控制器連接；

所述動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述面陣CCD元件在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)移動(dòng)，所述伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路與所述控制器連接；

所述面陣CCD元件及其運(yùn)動(dòng)平面均與所述光敏單元矩陣平行，且所述面陣CCD元件的尺寸不小于所述光敏器件的尺寸，以使所述面陣CCD元件能夠覆蓋所述光敏器件；所述面陣CCD元件與所述控制器連接；

所述控制器首先通過所述監(jiān)測電路識(shí)別所述光敏單元矩陣中感知所述光信號(hào)的光敏器件， 再通過所述驅(qū)動(dòng)電路控制二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)所述面陣CCD元件移動(dòng)至覆蓋所述光敏器件，所述面陣CCD元件上感知到所述光信號(hào)的感光點(diǎn)的位置由所述控制器獲得，即為所述光信號(hào)的精確位置；

根據(jù)所述待測目標(biāo)在移動(dòng)前后所測定的所述光信號(hào)的精確位置，測算得到所述待測目標(biāo)在所測空間平面上的位移。

本發(fā)明還提供了前述方法及裝置在路基沉降監(jiān)測或隧道形變量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。將前述的位置導(dǎo)向器和面陣CCD元件作為檢測器，固定于觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)在施工過程中基本不會(huì)產(chǎn)生偏移，將激光發(fā)射器固定于路基或隧道的觀測斷面并使其激光束指向觀測點(diǎn)的檢測器，由此獲取激光點(diǎn)精確位置，一段時(shí)間后當(dāng)觀測斷面連同激光器發(fā)生沉降或形變時(shí)，再次檢測出激光點(diǎn)位置。將不同時(shí)段位置坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，即可獲取精確沉降位移或形變量。

將面陣CCD元件與觀測斷面平行布置時(shí)，即檢測器所測空間平面與所述光信號(hào)的發(fā)射方向垂直，不僅能夠精確獲取路基或隧道的垂直方向偏移，而且由于使用了二維面陣檢測方式，還可精確計(jì)算出路基或隧道的水平偏移量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)沉降或形變的全方位測量。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明方法通過將面陣CCD與位置導(dǎo)向器相結(jié)合的方式，通過兩級(jí)位移測量，即利用位置導(dǎo)向器確定光信號(hào)在大的空間平面范圍內(nèi)的位置變化和光信號(hào)在面陣CCD元件上不同感光點(diǎn)位置的變化，疊加得到待測目標(biāo)的大范圍位置偏移量，極大地?cái)U(kuò)展了測距范圍，測量精確，解決了面陣CCD元件因?yàn)槌叽缦拗圃斐傻臏y量范圍小的問題，測量精度能夠達(dá)到微米級(jí)。

本發(fā)明方法的測量范圍可擴(kuò)展，且易于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化與信息化，能夠提高工作效率，避免人為觀測誤差。

本發(fā)明裝置為采用前述方法實(shí)現(xiàn)大范圍位移精確測量的一種裝置，位置導(dǎo)向器采用光敏單元矩陣的方式，極大地提高了位移的測量范圍，且測量范圍易于擴(kuò)展，更方便使用；采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)面陣CCD元件移動(dòng)，保證了面陣CCD元件的移動(dòng)精度；采用控制器與面陣CCD元件、驅(qū)動(dòng)電路和監(jiān)測電路連接，實(shí)現(xiàn)了測量過程的自動(dòng)化與信息化，提高了工作效率，能夠滿足實(shí)時(shí)大范圍高精度監(jiān)測。

本發(fā)明方法及裝置能夠應(yīng)用于大范圍位移偏移量的測量，尤其適用于路基沉降監(jiān)測或隧道形變量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域中，能夠滿足幾十厘米及以上大范圍沉降位移或形變量的精確測量，測量速度快，精度高，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信息化處理，工作效率顯著提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明大范圍位移的精確測量裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示裝置的工作原理框圖。

其中，1、運(yùn)動(dòng)X軸向滑軌；2、X軸向傳動(dòng)軸；3、面陣CCD元件；4、X軸向伺服電機(jī)；5、Y軸向伺服電機(jī)；6、控制器；7、光敏單元矩陣；8、Y軸向滑軌。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明利用面陣CCD元件移位技術(shù)，解決面陣CCD元件因其尺寸限制造成的測量范圍小的問題，進(jìn)而解決高速鐵路路基沉降與隧道形變量測等方面所需的精確測量大范圍位置偏移量的問題。

本發(fā)明通過將面陣CCD與位置導(dǎo)向器相結(jié)合的方式，通過兩級(jí)位移測量相結(jié)合，極大地?cái)U(kuò)展了測距范圍。具體方法，包括：

隨待測目標(biāo)移動(dòng)的激光器，用于從所述待測目標(biāo)的位置發(fā)射定向的光信號(hào)；

在大的空間平面范圍內(nèi)捕捉所述光信號(hào)的位置導(dǎo)向器；以及

在小的空間平面范圍內(nèi)捕捉所述光信號(hào)的面陣CCD元件3；

所述位置導(dǎo)向器和面陣CCD元件3所捕捉所述光信號(hào)的空間平面平行；

首先利用位置導(dǎo)向器在所述大的空間平面范圍內(nèi)確定所述光信號(hào)所在的所述小的空間平面范圍，再利用所述面陣CCD元件3在所述小的空間平面范圍內(nèi)確定所述光信號(hào)的精確位置；

根據(jù)所述待測目標(biāo)在移動(dòng)前后所測定的所述光信號(hào)的精確位置，測算得到所述待測目標(biāo)在所測空間平面上的位移。

激光器所發(fā)光信號(hào)為激光，并直線傳播。位置導(dǎo)向器在大的空間平面范圍內(nèi)捕捉該光信號(hào)，確定光信號(hào)所在區(qū)域，位置導(dǎo)向器所能確定該區(qū)域的大小即為小的空間平面范圍，進(jìn)而在光信號(hào)的光路上對(duì)應(yīng)該區(qū)域的位置布置與該感光面平行的面陣CCD元件3，利用定點(diǎn)布置的面陣CCD元件3確定所述光信號(hào)的精確位置。

面陣CCD元件3是多個(gè)微小光敏器件陣列平面布置構(gòu)成，各微小光敏器件在面陣CCD元件3上的位置固定，感光點(diǎn)由一個(gè)或若干相鄰的微小光敏器件構(gòu)成，構(gòu)成平行布置的多個(gè)連續(xù)感光點(diǎn)，感光點(diǎn)位置由面陣CCD元件3識(shí)別。所述光信號(hào)沿光路到達(dá)面陣CCD元件3上，由一個(gè)感光點(diǎn)感知，該感光點(diǎn)在面陣CCD元件3上的位置由面陣CCD元件3識(shí)別，由于定點(diǎn)布置的面陣CCD元件3的位置已知，因此，能夠確定該感光點(diǎn)在所測平面的位置，即為所述光信號(hào)在所測平面的精確位置。

具體實(shí)施方式一

所述位置導(dǎo)向器和所述面陣CCD元件3配合實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的精確位置測定的一種實(shí)施方式：

所述位置導(dǎo)向器包括光敏器件，布置在所述大的空間平面范圍內(nèi)，用以捕捉所述光信號(hào)，所述小的空間平面范圍為單一光敏器件在所測空間平面內(nèi)能夠感知所述光信號(hào)的范圍；

所述面陣CCD元件3能夠按一定方式完全覆蓋所述光敏器件，使得所述面陣CCD元件3與所述光敏器件的相對(duì)位置在覆蓋狀態(tài)時(shí)保持不變；

所述面陣CCD元件3移動(dòng)至按既定方式覆蓋所述光敏器件時(shí)，由所述面陣CCD元件3上的某感光點(diǎn)所感知到所述光信號(hào)的位置即為所述光信號(hào)的精確位置。

采用該實(shí)施方式，待測目標(biāo)在前后兩個(gè)不同精確位置之間的位移由所述面陣CCD元件3位移和所述感光點(diǎn)變化位移相加計(jì)算得到；

所述面陣CCD元件3位移是指所述面陣CCD元件3由測定前一精確位置處向測定后一精確位置處移動(dòng)所產(chǎn)生的位移；

所述感光點(diǎn)變化位移是指由前一感知到所述光信號(hào)的感光點(diǎn)在所述面陣CCD元件3上的位置到后一感知到所述光信號(hào)的感光點(diǎn)在所述面陣CCD元件3上的位置的位移。

具體實(shí)施方式二

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述位置導(dǎo)向器包括多個(gè)光敏器件，光敏器件作為光敏單元均勻排布構(gòu)成光敏單元矩陣7，所述光敏單元矩陣7在所測空間平面內(nèi)能夠感知所述光信號(hào)的范圍即為所述大的空間平面范圍。

具體地，所述光敏器件為方形的光敏電阻、光敏二極管或光敏三極管，相鄰光敏器件緊密排布，并通過監(jiān)測電路實(shí)現(xiàn)對(duì)所述光信號(hào)的感知。

具體地，所述光敏單元矩陣7側(cè)方設(shè)有由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)面陣CCD元件3平行于所述光敏單元矩陣7移動(dòng)，以覆蓋感知所述光信號(hào)的光敏器件；

所述面陣CCD元件3的平面位移通過所述伺服電機(jī)精確測算得到。

具體實(shí)施方式三

作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所測空間平面與所述光信號(hào)的發(fā)射方向垂直，所述待測目標(biāo)的空間位移由以下方法測算得到：

測定所述光信號(hào)在所述待測目標(biāo)移動(dòng)前后由激光器到達(dá)所述位置導(dǎo)向器的時(shí)間差值，根據(jù)光速，由位移-時(shí)間公式計(jì)算得到所述待測目標(biāo)垂直于所測空間平面的位移，將其與所述待測目標(biāo)在所測空間平面上的位移相加即得所述待測目標(biāo)的空間位移。

具體實(shí)施方式四

作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述大的空間平面范圍包括所述待測目標(biāo)的移動(dòng)路徑沿所述激光器發(fā)光方向在所述大的空間平面上的二維投影。

具體實(shí)施方式五

一種大范圍位移的精確測量裝置，包括：半導(dǎo)體激光器、位置導(dǎo)向器和位于前兩者之間的面陣CCD元件3，以及驅(qū)動(dòng)所述面陣CCD元件3的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器6。控制器6為可編程邏輯控制器。

所述激光器與待測目標(biāo)綁定，隨待測目標(biāo)移動(dòng)，用于從所述待測目標(biāo)的位置發(fā)射定向的光信號(hào)。半導(dǎo)體激光器作為發(fā)射信號(hào)端，為保證測試距離并減少對(duì)人眼的傷害，可使用Class2M等級(jí)的激光源。

所述位置導(dǎo)向器包括光敏單元矩陣7，其由多個(gè)與監(jiān)測電路相連的方形光敏器件均勻排列構(gòu)成，見圖1，所述光敏器件用于感知所述光信號(hào)，所述監(jiān)測電路用于識(shí)別所述光敏單元矩陣7中感知所述光信號(hào)的光敏器件，所述監(jiān)測電路與所述控制器6連接。

例如，對(duì)于要求精確位移的檢測范圍為600mm×600mm，可使用40×40個(gè)、15mm×15mm的正方形光敏二極管單元組成光敏單元矩陣7，若要擴(kuò)展檢測范圍，則增減光敏二極管單元數(shù)量即可。激光具有方向性好，亮度高的特點(diǎn)，當(dāng)光源照射于位置導(dǎo)向器時(shí)，將有光敏二極管在激光的誘導(dǎo)下變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，監(jiān)測電路將其檢測出來并將信號(hào)發(fā)送到控制器6。

所述動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于驅(qū)動(dòng)所述面陣CCD元件3在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)作X軸或Y軸的移動(dòng)，且X軸和Y軸的移動(dòng)各由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，見圖1，所述伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路與所述控制器6連接。X軸和Y軸分別為光敏單元矩陣7的兩個(gè)相鄰邊線。

圖1所示二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括X軸向滑軌、X軸向傳動(dòng)軸2、X軸向伺服電機(jī)4、Y軸向伺服電機(jī)5和Y軸向滑軌8，X軸向傳動(dòng)軸2和Y軸向滑軌8均垂直于X軸向滑軌設(shè)置，X軸向滑軌為兩個(gè)，其中一個(gè)通過X軸向傳動(dòng)軸2與X軸向伺服電機(jī)4連接，并由X軸向伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)沿X軸向傳動(dòng)軸2運(yùn)動(dòng)，Y軸向滑軌8設(shè)于該運(yùn)動(dòng)X軸向滑軌1上，由Y軸向伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)在該運(yùn)動(dòng)X軸向滑軌1上運(yùn)動(dòng)。所述面陣CCD元件3固定設(shè)于Y軸向滑軌8上。伺服電機(jī)的移動(dòng)距離受驅(qū)動(dòng)電路中編碼器所給脈沖的控制，以17位編碼器為例，需產(chǎn)生131072個(gè)脈沖才能使電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，通過脈沖數(shù)計(jì)算位移距離足以達(dá)到所需微米級(jí)精度，伺服電機(jī)的控制精度可達(dá)0.001mm，因此伺服電機(jī)在X與Y軸向上的位移將被精確地得到。

所述面陣CCD元件3及其運(yùn)動(dòng)平面均與所述光敏單元矩陣7平行，且所述面陣CCD元件3的尺寸不小于所述光敏器件的尺寸，以使所述面陣CCD元件3能夠覆蓋所述光敏器件，見圖1；所述面陣CCD元件3與所述控制器6連接。

面陣CCD的尺寸要求能夠完全覆蓋光敏二極管單元，針對(duì)15mm×15mm單元，可選擇APS尺寸（25.100mm×16.700mm）的CCD元件。

本裝置的作用原理為：見圖2，選取光敏單元矩陣7上的一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，例如光敏單元矩陣7左下角點(diǎn)，激光光源照射于光敏單元矩陣7上一光敏二極管，控制器6通過監(jiān)測電路收到該光敏二極管的導(dǎo)通信號(hào)后，將經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路控制伺服電機(jī)帶動(dòng)面陣CCD元件3覆蓋于導(dǎo)通的光敏二極管單元之上，伺服電機(jī)在X軸與Y軸向上的位移將被精確地從控制器6得到，從而得到一個(gè)精確坐標(biāo)，此坐標(biāo)可理解為面陣CCD元件3左下角的坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于位置導(dǎo)向器左下角的坐標(biāo)原點(diǎn)的位移。當(dāng)面陣CCD元件3接受到點(diǎn)激光照射時(shí)，激光點(diǎn)相對(duì)于面陣CCD元件3坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)也可測量得到，由于面陣CCD元件3測量精度高，所以可以得到激光點(diǎn)精確坐標(biāo)。此時(shí)，通過伺服電機(jī)所得到的位移坐標(biāo)與面陣CCD元件3所得到的坐標(biāo)相疊加即可得到激光點(diǎn)相對(duì)于光敏單元矩陣7坐標(biāo)原點(diǎn)的精確坐標(biāo)。測量完成后面陣CCD元件3復(fù)位，也即其左下角的坐標(biāo)原點(diǎn)與位置導(dǎo)向器的左下角坐標(biāo)原點(diǎn)重合位置。

當(dāng)激光點(diǎn)位置發(fā)生偏移時(shí)，重復(fù)上述過程即可得到偏移后的精確坐標(biāo)，坐標(biāo)信息可儲(chǔ)存于控制器6當(dāng)中，控制器6通過計(jì)算兩次坐標(biāo)差值，即可得到激光點(diǎn)的偏移量也即工程中沉降或形變量的值和方向。

本裝置極大地提高了測量范圍、精度和效率，具有良好的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式六

具體實(shí)施方式五裝置在路基沉降監(jiān)測或隧道形變量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

將具體實(shí)施方式五的位置導(dǎo)向器和面陣CCD元件3作為檢測器，固定于觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)在施工過程中基本不會(huì)產(chǎn)生偏移，將激光發(fā)射器固定于路基或隧道的觀測斷面并使其激光束指向觀測點(diǎn)的檢測器，由此獲取激光點(diǎn)精確位置，一段時(shí)間后當(dāng)觀測斷面連同激光器發(fā)生沉降或形變時(shí)，再次檢測出激光點(diǎn)位置。將不同時(shí)段位置坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，即可獲取精確沉降位移或形變量。

將面陣CCD元件3與觀測斷面平行布置時(shí)，即檢測器所測空間平面與所述光信號(hào)的發(fā)射方向垂直，不僅能夠精確獲取路基或隧道的垂直方向偏移，而且由于使用了二維面陣檢測方式，還可精確計(jì)算出路基或隧道的水平偏移量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)沉降或形變的全方位測量。

例如，在鐵路隧道的施工過程中，沉降監(jiān)控針對(duì)Ⅲ級(jí)圍巖每400m、Ⅳ級(jí)圍巖每300m、Ⅴ級(jí)圍巖每200m布設(shè)一個(gè)觀測斷面，應(yīng)用具體實(shí)施方式五的裝置能夠滿足該類觀測斷面的監(jiān)控。

以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本發(fā)明中應(yīng)用具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。