CN103105140B - 大型建筑物变形监测装置以及用其监测的方法 - Google Patents

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Abstract

一种大型建筑物变形监测装置以及用其监测的方法，装置的激光发射器由激光控制器、激光电源和激光准直器组成，激光控制器与激光电源相连，激光电源与激光准直器相连；所述的激光接收器由半透激光靶、遮光罩、图像传感器、姿态传感器组成，该半透激光靶与遮光罩相连，遮光罩与图像传感器相连，图像传感器、姿态传感器、无线发射器分别与微处理器相连组成大型建筑物变形监测装置。用该装置监测的方法是：将激光发射器安装在接近被测对象的一个相对固定的基准点上，将激光接收器安装在变形面的被测点上；激光接收器在垂直于变形面方向的线位移，是此点的变形值。采用激光进行变形测试，安装测试方便，精度高，适合大型建筑物变形长期在线监测。

Description

大型建筑物变形监测装置以及用其监测的方法
技术领域
本发明涉及一种建筑物变形监测装置及监测方法，特别是涉及一种大型建筑物实时在线进行变形监测的大型建筑物变形监测装置以及用其监测的方法。
背景技术
对房屋、桥梁、堤坝等大型建筑物进行性能检测时通常需要测定其重要部位的形状变化；这些建筑物使用过程中由于自然条件变化和负载超过限制等原因也会造成变形，变形超过一定限度将造成破坏。因此大型建筑物的变形监测对于保证其安全使用非常重要。目前监测变形主要是使用位移传感器的方法和通过测量应变计算变形的间接测量方法。使用位移传感器通过测量建筑物一些重要部位相对某一基准的位置变化了解整个物体的变形；这种方法的存在问题是位移传感器必须安装在某一垂直于被测对象变形面且与被测对象比较接近的基准位置上，建立这个基准位置需要消耗大量人力物力，一般还不能长期保留；有时甚至根本无法建立，例如测量横跨河面的桥梁变形。通过测量应变计算变形的间接测量方法存在问题是计算中要应用力学理论中的一些假设，但是实际被测对象有时并不完全符合这些假设，因而造成比较大的测量误差；还有时因为不了解被测对象的几何尺寸和材料性能而不能使用这种方法进行变形测量。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术存在的位移传感器必须安装在某一垂直于被测对象变形面且与被测对象比较接近的基准位置上，建立这个基准位置需要消耗大量人力物力，一般还不能长期保留；有时甚至根本无法建立等问题，一是提供一种以激光发射器、激光接收器为主体的大型建筑物变形监测装置，二是提供一种用大型建筑物变形监测装置进行监测大型建筑物变形的方法，用该装置监测不需要在与被测对象变形面垂直的基准点上建立测点，能够直接测量被测对象的变形，适合大型建筑物性能检测，也可以做长期安全监测的大型建筑物变形监测装置以及用其监测的方法，该方法克服了现有技术的诸多缺陷解决了现有技术中存在的上述问题。
实现上述目的采用以下技术方案
一种大型建筑物变形监测装置，该装置包含激光发射器、激光接收器、微处理器、无线发射器，其特征在于，所述的激光发射器由激光控制器、激光电源和激光准直器组成，激光控制器与激光电源相连，激光电源与激光准直器相连；所述的激光接收器由半透激光靶、遮光罩、图像传感器、姿态传感器组成，该半透激光靶与遮光罩相连，遮光罩与图像传感器相连，图像传感器、姿态传感器、无线发射
器分别与微处理器相连组成大型建筑物变形监测装置。
所述的激光控制器为LC100型。
所述的激光准直器为70－200RV型。
所述的半透激光靶是厚度为3mm磨砂玻璃。
所述的图像传感器为AXB-1330IR2W82T型。
所述的姿态传感器为ZX-VG320A型。
所述的无线发射器为EICZCOM-10型。
一种用权利要求1所述装置监测大型建筑物变形的方法，其特征在于，所述的监测方法按下述步骤进行：
a将激光发射器安装在接近被测对象的一个相对固定的基准点上，
使其发射出一束与被测对象变形面平行的激光；
b激光接收器安装在变形面的被测点上；
c半透激光靶的靶面与被测变形面垂直，在激光照射下半透激光靶上产生一个光斑；
d以确定测试开始前的光斑位置为基准位置，激光接收器的角度为基准角度；
e当被测变形面发生变形后，激光接收器的位置和角度也随之变化，光斑在半透激光靶上的线位移值乘以半透激光靶面倾角的余弦值，即为激光接收器在垂直于变形面方向的线位移，该值是被测对象此点的变形值。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明由于采用激光进行变形测试，比使用位移传感器测试方法安装方便，比使用应变测试方法可靠性和精度高，适合大型建筑物变形长期在线监测。由于激光的直线性好、发散度小、亮度高，不易受环境干扰，能够得到高精度的测量结果。采用嵌入式计算技术进行数字图像处理能够快速计算被测对象变形。姿态传感器进行角度校正提高了测试精度。测试结果采用无线传输使测试系统更加简洁。
附图说明
图1是本发明激光发射器结构示意图。
图2是本发明激光接收器结构示意图。
图3是本发明监测方法示意图，本图是桥梁变形监测方法的示意图。
图中，激光准直器1，激光电源2，激光控制器3，半透激光靶4，遮光罩5，图像传感器6，图姿态传感器7，无线发射器8，微处理器9，被测对象变形面10，激光接收器11，激光12，激光发射器13，桥墩14，无线接收器15。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种大型建筑物变形监测装置，该装置由激光准直器1、激光电源2、激光控制器3、半透激光靶4、遮光罩5、图像传感器6、姿态传感器7、微处理器9、无线发射器8和无线接收器15。
见图1，型号为LC100的激光控制器1的输入端与型号为FCM635S5L的激光电源2相连，激光电源2的输出端与型号为70－200RV的激光准直器1相连，组成激光发射器13。
见图2，半透激光靶4、遮光罩5、图像传感器6、姿态传感器7、微处理器9和无线发射器8组成激光接收器11。材质为3mm厚度的磨砂玻璃的半透激光靶4与铝合金材质的遮光罩5胶结相连，遮光罩5与型号为AXB-1330IR2W82T的图像传感器6螺纹连接，图像传感器6通过RJ45网络通信口与型号为ARM2440的微处理器9相连，型号为ZX-VG320A的姿态传感器7通过串行通信口与微处理器9相连，型号为EICZCOM-10的无线发射器8通过串行通信口与微处理器相连。
本发明的激光准直器1、激光电源2、激光控制器3、半透激光靶4、遮光罩5、图像传感器6、姿态传感器7、微处理器9、无线发射器8和无线接收器15均为市售产品。
本装置的工作原理：
本装置进行变形测量时将激光发射器13安装在测量基准点上，利用激光进行测量基准的延伸，激光良好的直线性和稳定性可以保证测量的精度和可靠性；激光接收器11安装在被测量对象上，半透激光靶4上光斑位置的变化就反应了被测量点相对于测量基准的变形；测量光斑位置变化时采集半透激光靶4的图像，根据图像阈值分析结果进行图像分割，然后用一个圆图形对半透激光靶4的图像进行形状匹配，确定激光光斑图形圆心位置；变形测量的结果需要用被测点垂直于测量基准面的位移值表达，但是被测对象的变形会使激光接收器11随之产生相对测量基准面的倾斜，因此采用姿态传感器7测量此倾角，将光斑位置变化量乘以倾角余弦值得到最终测量结果。
实施例2
用大型建筑物变形监测装置监测桥梁变性面的方法见图3。
激光发射器13安装在接近被测对象的一个相对固定的基准点上，发射出一束与被测对象变形面平行的激光12。激光接收器11放置在桥面之下与激光接发射器13相对，安装在变形面的被测点上，半透激光靶4的靶面与被测变形面10垂直，在激光3照射下半透激光靶4上产生一个光斑。确定测试开始前的光斑位置为基准位置，激光接收器11角度为基准角度。当被测变形面10发生变形后，激光接收器11的位置和角度也随之变化。光斑在半透激光靶4上的线位移值乘以半透激光靶4面倾角的余弦值，即为激光接收器11在垂直于变形面方向的线位移，该值可确定被测对象此点的变形。
本实施例将激光接发射器13放置在桥墩14上，激光接收器11放置在桥面之下与激光接发射器13相对，激光电源2在激光控制器1的控制下发射出一束与被测对象变形面平行的激光12，激光准直器1使激光12汇聚在半透激光靶4上。图像传感器6在半透激光靶4背面感测激光束形成的光斑，遮光罩5去除外界光线的干扰，图像传感器6采集光斑的图像信息，微处理器9采用图像处理技术解算出光斑位置，根据姿态传感器7的信号确定激光接收器11的倾角，根据倾角修正光斑位置，光斑位置信息通过无线发射器8发出。无线接收器15接收光斑位置信息，根据光斑位置变化即可确定被测对象的变形。

Claims (7)

1.一种大型建筑物变形监测装置，该装置包含激光发射器、激光接收器、微处理器、无线发射器，其特征在于，所述的激光发射器由激光控制器、激光电源和激光准直器组成，激光控制器与激光电源相连，激光电源与激光准直器相连；所述的激光接收器由半透激光靶、遮光罩、图像传感器、姿态传感器组成，该半透激光靶与遮光罩相连，遮光罩与图像传感器相连，图像传感器、姿态传感器、无线发射器分别与微处理器相连组成大型建筑物变形监测装置，其中姿态传感器为ZX-VG320A型，型号为ZX-VG320A的姿态传感器通过串行通信口与微处理器相连，本装置进行变形测量时将激光发射器安装在测量基准点上，利用激光进行测量基准的延伸，激光良好的直线性和稳定性可以保证测量的精度和可靠性；激光接收器安装在被测量对象上，激光靶上光斑位置的变化就反应了被测量点相对于测量基准的变形；测量光斑位置变化时采集激光靶图像，根据图像阈值分析结果进行图像分割，然后用一个圆图形对激光靶图像进行形状匹配，确定激光光斑图形圆心位置；变形测量的结果需要用被测点垂直于测量基准面的位移值表达，被测对象的变形会使激光接收器随之产生相对测量基准面的倾斜，采用姿态传感器测量此倾角，将光斑位置变化量乘以倾角余弦值得到最终测量结果。
2.根据权利要求1所述的大型建筑物变形监测装置，其特征在于，所述的激光控制器为LC100型。
3.根据权利要求1所述的大型建筑物变形监测装置，其特征在于，所述的激光准直器为70－200RV型。
4.根据权利要求1所述的大型建筑物变形监测装置，其特征在于，所述的半透激光靶是厚度为3mm磨砂玻璃。
5.根据权利要求1所述的大型建筑物变形监测装置，其特征在于，所述的图像传感器为AXB-1330IR2W82T型。
6.根据权利要求1所述的大型建筑物变形监测装置，其特征在于，所述的无线发射器为EICZCOM-10型。
7.根据权利要求1所述的大型建筑物变形监测装置，其特征在于，将激光发射器放置在桥墩上，激光接收器放置在桥面之下与激光接发射器相对，激光电源在激光控制器的控制下发射出一束与被测对象变形面平行的激光，激光准直器使激光汇聚在半透激光靶上，图像传感器在半透激光靶背面感测激光束形成的光斑，遮光罩去除外界光线的干扰，图像传感器采集光斑的图像信息，微处理器采用图像处理技术解算出光斑位置，根据姿态传感器的信号确定激光接收器的倾角，根据倾角修正光斑位置，光斑位置信息通过无线发射器发出，无线接收器接收光斑位置信息，根据光斑位置变化即可确定被测对象的变形。
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