CN103105159A

CN103105159A - 高铁差异沉降监测仪

Info

Publication number: CN103105159A
Application number: CN2013100289873A
Authority: CN
Inventors: 魏丽敏; 何群; 曹龙; 周广
Original assignee: JINMA HIGH-TECH INDUSTRY Co LTD CHANGSHA; Central South University
Current assignee: Changsha Polytron Technologies Inc; Central South University
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: CN103105159B

Abstract

本发明公开了一种高铁差异沉降监测仪，包括分别布置在两个测点上的发射模块和接收模块，所述发射模块包括半导体激光器和光学转换镜片，所述接收模块包括接收板、成像系统、线阵CMOS图像传感器、微处理器系统以及网络接口组件，所述半导体激光器发射的激光束经光学转换镜片后转变为一字线激光束进行传输，所述接收板接收到一字线激光束并经过成像系统、线阵CMOS图像传感器后送至微处理器系统进行分析判断得到沉降值。本发明具有结构简单小巧、成本低廉、安装调试简便、工作稳定可靠、适用于长期工程监测等优点。

Description

高铁差异沉降监测仪

技术领域

本发明主要涉及到工程质量检测设备领域，特指一种适用于高铁差异沉降的监测仪。

背景技术

随着最近几年国家加大对基础建设的投入，我国高铁建设取得了突飞猛进的发展。高铁工程因为火车速度快，安全性要求高，相比公路，桥梁和普通铁路建设，其对路基的要求尤为苛刻，一般沉降不能超过几个毫米，否则将会直接影响到高铁的安全运行，酿成严重的灾难。

现有技术中，连通液位式沉降挠度检测系统和电子水平尺是目前比较广泛使用的沉降监测方法。连通液位式沉降挠度检测系统因为传感器体型较大，而且方法需要一根水管将所有测点串联起来，因而现场安装十分困难，测量精度也较低。电子水平尺易于安装且不占空间，但单个电子水平尺测量距离很短，往往需要串联多个，系统带来极大的累积误差，测量精度有限。

基于激光和CCD图像传感器技术沉降仪的研究是最近几年兴起的课题，但由于CCD图像传感器驱动复杂，激光检测算法研究精度有限等因素的制约，仪器体积庞大，价格昂贵，测试复杂，还没有形成一款真正适用于工程长期监测的产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单小巧、成本低廉、安装调试简便、工作稳定可靠、适用于长期工程监测的高铁差异沉降监测仪。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高铁差异沉降监测仪，包括分别布置在两个测点上的发射模块和接收模块，所述发射模块包括半导体激光器和光学转换镜片，所述接收模块包括接收板、成像系统、线阵CMOS图像传感器、微处理器系统以及网络接口组件，所述半导体激光器发射的激光束经光学转换镜片后转变为一字线激光束进行传输，所述接收板接收到一字线激光束并经过成像系统、线阵CMOS图像传感器后送至微处理器系统进行分析判断得到沉降值。

作为本发明的进一步改进：

所述网络接口组件包括相连的RS485通讯模块和无线DDN数据终端，所述RS485通讯模块与微处理器系统相连；所述微处理器系统通过网络接口组件与上位机相连。

所述半导体激光器为点状激光器，所述光学转换镜片为柱面镜。

所述半导体激光器和光学转换镜片为一体并通过悬挂组件安装。

所述发射模块和接收模块均采用太阳能电池。

所述微处理器系统中包括存储器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的高铁差异沉降监测仪结构简单、体积小、易于安装，其使用高性能的半导体激光器，测试距离远，无累积误差。

2、本发明中采用自动平衡悬挂组件和一字线激光束作为被测信号，有效的保证了激光束投射在接收板上，现场易于安装调试。

3、本发明的接收模块采用凸透镜成像系统，将一字线激光投射在接收屏幕上，经过接收屏幕滤除干扰激光后的激光束通过凸透镜成像至图像传感器，去除了干扰，降低了分析处理难度。成像系统同时还增大了测试量程。

4、本发明采用高精度的线阵CMOS图像传感器采集激数据，相比传统的CCD图像传感器，它具有低功耗，驱动简单，价格便宜等优势。因此本发明的体积小巧，成本低廉，分辨率高，测量精度高，非常适用于高铁工程路基等这种高要求的结构的长期监测。

5、本发明可实现无人值守自动测量，适用任何工程环境。

6、本发明中采用太阳能电池供电，无需交流电，工作性能好、使用时间长。

7、本发明中采用无线DDN数据传输终端，可实现无线远程数据测量和下载，使用十分灵活方便。

附图说明

图1是本发明在具体应用时的原理示意图。

图2是本发明的结构框架示意图。

图3是本发明中发射模块的框架结构示意图。

图4是本发明中接收模块的框架结构示意图。

图5是本发明在具体实施例中线阵图像采集单元的电路原理示意图。

图6是本发明在具体实施例中微处理器系统的电路原理示意图。

图7是本发明在具体实施例中网络接口组件的电路原理示意图。

图例说明：

1、半导体激光器；2、悬挂组件；3、柱面镜；4、接收板；5、凸透镜；6、线阵CMOS图像传感器；7、微处理器系统；8、微处理器芯片；9、存储器；10、时钟电路；11、RS485通讯模块；12、无线DDN数据终端；13、太阳能电池；14、支架、15、测点；16、激光束；17、一字线激光束；18、发射模块；19、接收模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的高铁差异沉降监测仪，包括发射模块18和接收模块19；参见图3，本实施例中，发射模块18包括半导体激光器1和光学转换镜片，半导体激光器1和光学转换镜片通过悬挂组件2进行悬挂式安装，光学转换镜片可采用柱面镜3。发射模块18所采用的高性能半导体激光器1（如点状激光器）发射一激光束16（如点状激光束），激光束16经过一柱面镜3后转变为一字线激光束17进行传输，便于激光束16投射在远端的接收板4上，避免发射模块18的轻微震动所导致的接收板4接收不到激光束16。本发明中，将柱面镜3和半导体激光器1设计成一体的可自动平衡的悬挂组件2，能够确保发射模块18的测试点即使发生轻微转角变化，激光束16也能始终保持水平传输。参见图4、图5、图6和图7，本实施例中，接收模块19包括接收板4、成像系统、线阵CMOS图像传感器6、微处理器系统7及网络接口组件（RS485通讯模块11和无线DDN数据终端12），成像系统可采用凸透镜5，微处理器系统7包括微处理器芯片8、存储器9和时钟电路10。接收模块19采用成像系统来感应激光束16，投射在接收板4上的激光束16经过接收屏幕的滤波，滤除干扰激光后，通过凸透镜5成像至线阵CMOS图像传感器6。采用该方法不仅得到了规则理想的激光束，也提高了仪器的测量量程。本发明的图像采集采用低功耗，驱动简单，价格便宜的高性能线阵CMOS图像传感器6采集激光束16成的像，微处理器芯片8控制驱动线阵CMOS图像传感器6采集数据并转换为电信号传送至自带的A/D转换器，微处理器芯片8对A/D转换的数字信号进行分析和处理即可得到激光束16投射在接收板4上的位置。微处理器芯片8将数据通过RS485通讯模块11和无线DDN数据终端12远程无线上传至上位机或将数据保存在存储器9中，等待客户远程无线下载数据。根据测量数据就可以分析发射模块18和接收模块19的相对沉降值。若将发射模块18安装在一个理想稳定的基准点，则可以得出接收模块19安装点的绝对沉降值。

本实施例中，发射模块18和接收模块19均采用太阳能电池13，保证系统在没有交流电的情况下也能长期持续稳定的工作。

参见图1，本实施例中，发射模块18和接收模块19分别通过支架14布置在两个测点15（测点1和测点2），可以测试两个测点15之间的相对沉降值。测量较小结构时，将发射模块18安装在不动基准点，可测量被测点15的绝对沉降值。若是比较长的结构，则通过使用多组高铁差异沉降监测仪和设置一个基准点来测量分析整个结构的沉降变形，即可组成高铁路基差异沉降监测系统。

工作原理：当上位机远程下达数据测量命令，无线DDN数据终端12接收到上位机下达的命令，通过RS485通讯模块11发送到微处理器芯片8。微处理器芯片8驱动控制线阵CMOS图像传感器6采集感应到的激光束16的成像，线阵CMOS图像传感器6将采集的电信号输入微处理器芯片8进行A/D转换和数据分析处理，并将分析所得数据通过RS485通讯模块11和无线DDN数据终端12远程上传给上位机。

在其他应用实例中，也可采用无人值守自动测量方式，通过上位机设置定时测量间隔时间，仪器定时自动测量并将数据存储在存储器9内，测试人员通过无线DDN数据终端12远程下载一段时间内的测量数据。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高铁差异沉降监测仪，其特征在于，包括分别布置在两个测点上的发射模块（18）和接收模块（19），所述发射模块（18）包括半导体激光器（1）和光学转换镜片，所述接收模块（19）包括接收板（4）、成像系统、线阵CMOS图像传感器（6）、微处理器系统（7）以及网络接口组件，所述半导体激光器（1）发射的激光束（16）经光学转换镜片后转变为一字线激光束（17）进行传输，所述接收板（4）接收到一字线激光束（17）并经过成像系统、线阵CMOS图像传感器（6）后送至微处理器系统（7）进行分析判断得到沉降值。

2.根据权利要求1所述的高铁差异沉降监测仪，其特征在于，所述网络接口组件包括相连的RS485通讯模块（11）和无线DDN数据终端（12），所述RS485通讯模块（11）与微处理器系统（7）相连；所述微处理器系统（7）通过网络接口组件与上位机相连。

3.根据权利要求1或2所述的高铁差异沉降监测仪，其特征在于，所述半导体激光器（1）为点状激光器，所述光学转换镜片为柱面镜（3）。

4.根据权利要求1或2所述的高铁差异沉降监测仪，其特征在于，所述半导体激光器（1）和光学转换镜片为一体并通过悬挂组件（2）安装。

5.根据权利要求1或2所述的高铁差异沉降监测仪，其特征在于，所述发射模块（18）和接收模块（19）均采用太阳能电池（13）。

6.根据权利要求1或2所述的高铁差异沉降监测仪，其特征在于，所述微处理器系统（7）中包括存储器（9）。