CN101344383A - 弯扭结构变形的激光放大测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用激光对弯扭结构变形的激光放大测量方法。本发明技术方案是将支架安装在待测弯扭结构的待测转角部位上，激光束发射器在支架上，设置刻度光靶设置，当待测弯扭结构出现移位或扭曲时，激光束发射器发射的激光束在光靶上的投影点发生位移，根据公式：θ＝arctg(Δ/L)获得待测弯扭结构一个测点的转角或扭角变形值，计算出待测弯扭结构的刚度参数，从而得到待测点的微小转动变形量。解决了非接触式测量仪器对于大型结构的微小变形的远距离测量一直存在着精度不足的缺陷。本发明将测量仪器设置在测量物体自身上，使之随同测量物体变形部位一起运动，具有利用光杠杆原理将需要测量的微小位移充分放大的优点。

Description

弯扭结构变形的激光放大测量方法

技术领域

本发明涉及结构微小弯曲或扭转变形的精确测量，特别涉及利用激光对弯扭结构变形的激光放大测量方法。

背景技术

在本发明之前，对于受弯或受扭结构进行微小变形测量时，常常需要一个绝对参照物。例如测量桥梁刚度的变化，常常需要测量桥梁的挠度或转角，为此不得不在桥下的水中搭设脚手架用以安置相关的接触式测量仪表，这种做法显然是很不方便的，效果也不理想。非接触式测量仪器对于大型结构的微小变形的远距离测量一直存在着精度不足的问题，其原因是目前采用的非接触式测量方法是将测量仪器跟踪待测物体上的某一测量点，当测量点位移垂直于仪器与测量点连线时，其测量原理实际上是测量角度的办法。当测量点位移及其微小时，测量角的变化及其微弱，因此造成测量误差太大使之无法普遍应用。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述缺陷，研究一种对弯扭结构变形的激光放大测量方法。

本发明的技术方案是：

弯扭结构变形的激光放大测量方法，其主要技术步骤在于：

(1)将支架安装在待测弯扭结构的待测转角部位上，将激光束发射器安装在支架上；

(2)将刻度光靶设置好；

(3)当待测弯扭结构出现移位或扭曲时，激光束发射器发射的激光束在光靶上的投影点发生位移；

(4)根据公式：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\frac{\mathrm{\Δ}}{L}$

其中θ表示待测弯扭结构测点部位的转角或扭角，Δ表示激光束在光靶上的投影点位移，L表示激光发射器与光靶之间的距离；

(5)获得待测弯扭结构一个测点的转角或扭角变形值，计算出待测弯扭结构的刚度参数，从而得到待测点的微小转动变形量。

本发明的优点和效果在于利用激光的良好相干性和聚光特性以及光杠杆放大原理，可以准确地测量桥梁等结构的微小变形量，计算构件的变形，进而获得构件的挠度及刚度参数。避免了在水中搭设测量脚手架的麻烦以及远距离非接触式测量存在的精度不足的缺陷。

对于工程上较为关注的结构相对挠度变形的测量问题，本测量方法可以通过调整支架支点间距的方式将其转化为微小角度变形的测量。

本发明的指导思想与传统的测量方法相比是反其道而行之。传统的测量方法是将测量仪器对着待测物体，而本测量方法是将测量仪器设置在测量物体自身上，使之随同测量物体变形部位一起运动，并利用光杠杆原理将需要测量的微小位移充分放大。

本发明的其它优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1——本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

如图1所示：

首先根据具体待测弯扭结构或构件的变形特征，确定待测弯扭构件的测量部位，一般测点选择的原则是尽可能选择待测弯扭构件发生绝对转动(转角或扭角)较大的部位。然后将激光束发射器连同支架放置在待测弯扭结构(对象)的待测点部位，依靠人工或机械瞄准将光束对准远处事先设好的光靶基准位。当载荷作用到待测结构后，测点部位将发生相应的转动(转角或扭角)。该转角或扭角将通过激光束放大到远处的光靶上。读取载荷作用前后的光靶上的光点移动距离，即可计算出待测结构测点部位实际发生的变形量(转角或扭角)。

具体步骤如下：

首先将支架2固定放置在待测弯扭构件3的待测转角部位即测量点部位，激光束发射器1固定安装在支架2上；设置光靶5，并使激光束发射器1调整后发出激光束投射在光靶5的基准点上；当待测弯扭构件3受到载荷作用后(X或Y或Z)，安装在待测弯扭构件3测量点部位的激光束发射器1同步发生转动，并将激光束远距离投射到光靶5上，通过读取光靶上光点的移动距离，根据公式，计算出实际发生在待测点的微小转动变形量；

公式如下：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\frac{\mathrm{\Δ}}{L}$

其中θ表示待测弯扭结构测点部位的转角或扭角，Δ表示激光束在光靶上的投影点位移，L表示激光发射器与光靶之间的距离。

获得待测弯扭结构上的某一个具体测点的转角或扭角变形值后，可以根据材料力学或结构力学的通常方法很容易地计算出待测弯扭结构的刚度参数。

为使激光束发射器1始终对准光靶5，在支架2上装有机械微调和瞄准器件，调整激光束发射器1，并可以使激光束发射器1始终瞄准光靶5。激光发射器可以是单束激光发射器或多束激光发射器。

为计算方便和省略计算程序，在光靶5上刻有刻度，便于读取激光束发射器1发出的激光束移动距离。

为便于数字化采集，可在光靶5上设置光电转换装置(图中省略)。

本发明适用于的待测弯扭构件3，包括弯曲构件或扭转构件或弯扭组合构件。为了便于测量，激光束发射器1和光靶5构成的光束线与待测弯扭构件3的挠度曲线所在的平面允许有一个夹角。同时，激光发射器和光靶构成的光束线与待测弯扭结构的转动平面允许有一个夹角。

本发明的请求保护范围并不局限于本具体实施方式的说明。

Claims (8)

1、弯扭结构变形的激光放大测量方法，其步骤在于：

(1)将支架安装在待测弯扭结构的待测转角部位上，将激光束发射器安装在支架上；

(2)将光靶设置在激光束发射器相对面处并固定；

(3)当待测弯扭结构出现移位或扭曲时，激光束发射器发射的激光束在光靶上的投影点发生位移；

(4)根据公式：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\frac{\mathrm{\Δ}}{L}$

其中，θ表示待测弯扭结构测点部位的转角或扭角，Δ表示激光束在光靶上的投影点位移，L表示激光发射器与光靶之间的距离；

(5)获得待测弯扭结构一个测点的转角或扭角变形值，计算出待测弯扭结构的刚度参数，从而得到待测点的微小转动变形量。

2.根据权利要求1所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于激光发射器是单束激光发射器或多束激光发射器。

3.根据权利要求1所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于激光发射器支架上设置机械微调器件、瞄准器件。

4.根据权利要求1所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于光靶上设置刻度。

5.根据权利要求1或4所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于光靶上设置光电转换装置。

6.根据权利要求1所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于待测弯扭构件指的是弯曲构件或扭转构件或弯扭组合构件。

7.根据权利要求1所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于激光发射器和光靶构成的光束线与待测弯扭结构的挠度曲线所在的平面允许有一个夹角。

8.根据权利要求1所述的弯扭结构变形的激光放大测量方法，其特征在于激光发射器和光靶构成的光束线与待测弯扭结构的转动平面允许有一个夹角。

Images