CN102297679A - 远距离激光光干涉二维位移传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明远距离激光光干涉二维位移传感器装置，属于激光测量技术领域，所要解决的技术问题是提供高防护等级，能对激光在空气中的折射做出修正减少测量误差，可以通过组合方式测量位移的其他四维值，一个测量控制器可以测量多个激光标点的位移值，主要技术特征是激光器控制总线串联多个激光器后接入数据采集控制器的输入端，数据采集控制器的一端口通过测量控制总线并接校准激光器和双路视觉测量控制装置；双路视觉测量控制装置的第一激光光靶对准激光器的发射端，所述双路视觉测量控制装置的第二激光光靶对准校准激光器的发射端；本发明适用于桥梁、大坝、工业级民用建筑等土木工程、危险边坡、危险山体等结构的健康监测中。

Description

远距离激光光干涉二维位移传感器装置

技术领域

本发明远距离激光光干涉二维位移传感器装置，属于激光测量技术领域。

背景技术

随着社会的高速发展，土木工程己成为了整个社会发展最主要的体现，同时，土木工程的健康状况监测也成为工程技术人员关注和研究的重要课题。结构健康监测是指利用现场的无损伤的监测方式获得结构内部信息，健康监测的一个目标就是在结构受到自然的，如地震、暴雨等、人为的破坏或者长期使用后，在临界点到来之前提早检测出结构的损伤，这是一个实时在线监测过程。在结构健康监测技术中，传感器是最基础的健康结构信息采集中心，由于大气的折射率随温度、大气密度的变化，而时刻发生改变，而且没有什么规律，而且大气湍流温度、密度有很大的随机性，导致了监测点的二维位移测量不够精确。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供一种远距离激光光干涉二维位移传感器装置，可实现高防护等级，能对激光在空气中的折射做出修正减少测量误差，可以通过组合方式测量位移的其他四维值，一个测量控制器可以测量多个激光标点的位移值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：远距离激光光干涉二维位移传感器装置，包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、激光器控制总线、数据采集控制器、测量控制总线、校准激光器和双路视觉测量控制装置，激光器控制总线串联第一激光器、第二激光器、第三激光器后接入数据采集控制器的输入端，数据采集控制器的一端口通过测量控制总线并接校准激光器和双路视觉测量控制装置；

    双路视觉测量控制装置的第一激光光靶对准第一激光器、第二激光器和第三激光器的发射端，双路视觉测量控制装置的第二激光光靶对准校准激光器的发射端。

双路视觉测量控制装置的结构为：半导体制冷/热块位于散热器的上方，壳体位于半导体制冷/热块的上方，第一面阵CCD、第二面阵CCD、恒温控制器和视觉测量控制器位于壳体内部，第一激光光靶设置在壳体的侧面, 第一面阵CCD与第一激光光靶对应设置；第二激光光靶设置在壳体的顶部, 第二面阵CCD与第二激光光靶对应设置；视觉测量控制器的输入端分别连接第一面阵CCD和第二面阵CCD的输出端，恒温控制器与散热器和半导体制冷/热块连接。

本发明与现在技术相比具有的有益效果是：采用的技术方案是：远距离激光光干涉二维位移传感器装置，激光抗干扰能力强，分辨率较高，示值误差小，稳定性好，因此能适应于各种恶劣的工作环境，是实现无接触远距离测量的最佳选择，通过对采集测量物体上激光投影的大小、面积等，从而准确的掌握被测量物体的所在位置及相关位移，不仅如此，它可以根据测量的需要自由组合，同时测量一个或多个光靶上的多个被测物体的位移。

本发明适用于桥梁、大坝、工业级民用建筑等土木工程、危险边坡、危险山体等结构的健康监测中。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是双路视觉测量控制装置的结构示意图。

图中：1为第一激光器、2为第二激光器、3为第三激光器、4为激光器控制总线、5为数据采集控制器、6为测量控制总线、7为校准激光器、8为第二激光光靶、9为双路视觉测量控制装置、10为第一激光光靶、11为壳体、12为第一面阵CCD、13为恒温控制器、14为视觉测量控制器、15为散热器、16为半导体制冷/热块、17为第二面阵CCD。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明远距离激光光干涉二维位移传感器装置，包括第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3、激光器控制总线4、数据采集控制器5、测量控制总线6、校准激光器7和双路视觉测量控制装置9，其特征在于：激光器控制总线4串联第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3后接入数据采集控制器5的输入端，数据采集控制器5的一端口通过测量控制总线6并接校准激光器3和双路视觉测量控制装置9；

    双路视觉测量控制装置9的第一激光光靶10对准第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3的发射端，双路视觉测量控制装置9的第二激光光靶8对准校准激光器7的发射端。

双路视觉测量控制装置9的结构为：半导体制冷/热块16位于散热器15的上方，壳体11位于半导体制冷/热块16的上方，第一面阵CCD12、第二面阵CCD17、恒温控制器13和视觉测量控制器14位于壳体11内部，第一激光光靶10设置在壳体11的侧面, 第一面阵CCD12与第一激光光靶10对应设置；第二激光光靶8设置在壳体11的顶部, 第二面阵CCD17与第二激光光靶8对应设置；视觉测量控制器14的输入端分别连接第一面阵CCD10和第二面阵CCD17的输出端，恒温控制器13与散热器15和半导体制冷/热块16连接。

根据被测量现场的实际情况，激光器和视觉测量控制装置 的数量可灵活设置。串行总线上可以连接多个激光器和多个视觉测量控制装置。本实施例串行总线上连接了3个激光器和1个双路视觉测量控制装置。

视觉测量控制装置根据需要测量的方式对激光器和测量单元发出指令，根据环境状况调整激光器的功率以及开关状态，对视觉测量控制装置发出测量指令对该激光器标点所在位置进行测量。

校准激光器7用来测量激光在大气环境中的折射率以及折射引起的变化方向值。每个测量单元的光靶都可以作为位移测量和折射率测量使用。

双路视觉测量控制装置9可以对更多方向和更多的激光器测量，尤其是空气折射率测量中固定直准激光器提供便利条件。

第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3分别固定于三个被测物，型号为TPC7062K的数据采集控制器5通过激光器控制总线4控制第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3的运作情况，数据采集控制器5通过现场测量控制总线6控制校准激光器7和双路视觉测量控制装置9。

双路视觉测量控制装置9的第二激光光靶8对准校准激光器7的发射端，将校准激光器7和第二激光光靶8都固定，作为校准光源折射率检测模型，采用高度准直方式，让激光束远距离传输，通过第二面阵CCD17测量光斑在第二激光光靶8中的初始位置和漂移位置，可以测量出激光在大气中的折射率；双路视觉测量控制装置9的第一激光光靶10对准第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3的发射端，作为测量被测物位移检测模型，将第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3发射的激光束远距离传输至固定的第一激光光靶10，通过第一面阵CCD12测量光斑在第一激光光靶10中的初始位置和偏移位置，测量被测物的偏移数据。

视觉测量控制器14采用型号为KEYENCE CV-5701-KC的基恩士视觉测量控制器，视觉测量控制器14通过第一激光光靶10和第二激光光靶8 监测并采集光靶上的光斑位移数据，并将采集到的相关数据转换成可识别的电信号后交给计算机，计算机通过图形及数字显示的方式为技术人员提供被测量物体的所在位置及相关位移，这样就在接收处理信号的同时，同步校准了光源折射率，保证测量精度。

采用型号为AC-801C恒温控制器13实时监测壳体内部的温度，若壳体11内部温度过高，恒温控制器13通过控制散热器15和半导体制冷/热块16开始制冷，保证各仪器在正常温度工作。

第一面阵CCD和第二面阵CCD型号为CV-H500M的工业面阵CCD，激光器和激光光靶为现有技术，上述设备的供电及通信方式为现有技术。

Claims (2)

1.远距离激光光干涉二维位移传感器装置，包括多个激光器、激光器控制总线（4）、数据采集控制器（5）、测量控制总线（6）、校准激光器（7）和双路视觉测量控制装置（9），其特征在于：激光器控制总线（4）串联第一激光器（1）、第二激光器（2）、第三激光器（3）后接入数据采集控制器（5）的输入端，数据采集控制器（5）的一端口通过测量控制总线（6）并接校准激光器（3）和双路视觉测量控制装置（9）；

    所述双路视觉测量控制装置（9）的第一激光光靶（10）对准第一激光器（1）、第二激光器（2）和第三激光器（3）的发射端，所述双路视觉测量控制装置（9）的第二激光光靶（8）对准校准激光器（7）的发射端。

2.根据权利要求1所述的远距离激光光干涉二维位移传感器装置，其特征在于：所述双路视觉测量控制装置（9）的结构为：半导体制冷/热块（16）位于散热器（15）的上方，壳体（11）位于半导体制冷/热块（16）的上方，第一面阵CCD（12）、第二面阵CCD（17）、恒温控制器（13）和视觉测量控制器（14）位于壳体（11）内部，第一激光光靶（10）设置在壳体（11）的侧面, 第一面阵CCD（12）与第一激光光靶（10）对应设置；第二激光光靶（8）设置在壳体（11）的顶部, 第二面阵CCD（17）与第二激光光靶（8）对应设置；视觉测量控制器（14）的输入端分别连接第一面阵CCD（10）和第二面阵CCD（17）的输出端，恒温控制器（13）与散热器（15）和半导体制冷/热块（16）连接。

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