CN105333860A - 测高测距装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测高测距装置及测量方法，通过两束成一定角度的平行激光束辐照在平面反射镜上，激光束被平面反射镜反射，随着距离的增加，两束激光束的距离变大，通过CCD相机测量两束激光束反射光束中心之间的距离，通过角度仪可以获得测量装置与水平面的角度参数，根据两束激光束入射点之间的距离、两束激光束反射光束中心之间的距离及测量装置与水平面的角度参数，经微计算机计算，得出两个测量点之间的高度和距离。本发明提供的测高测距装置及测量方法，方便用于远距离、大高度两个测量点之间的测高测距。

Description

测高测距装置及测量方法

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，特别涉及一种测高测距装置及测量方法。

背景技术

激光测距仪是一种广泛使用的仪器，当前激光测距仪的原理是让激光器发射一束脉冲或者连续的激光辐照到待测目标，经过一定时间后，激光束辐照到待测目标并被反射，然后由测距仪接收，将光速与时间相乘并除以二即可得到测距仪与待测目标的距离，但是，该种激光测距仪测量反射后的激光能量，光程长，测量距离受到限制；此外，当距离较大时，采用该种激光测距仪必须使入射激光束与待测目标表面垂直以增强反射光，加大了测量难度。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明目的之一是提供一种测高测距装置，其结构简单，便于远距离的两个测量点之间的测高测距。

本发明的另一目的在于提供一种测高测距装置的测量方法。

基于上述问题，本发明提供的技术方案是：

测高测距装置，包括分别置于测量高点和测量低点的激光信号发生模块和激光信号接收模块；

所述激光信号发生模块包括第一激光器、第二激光器、第一可调底座、及设置在所述第一可调底座上的平面反射镜、第一水平仪、第一角度仪和信号发送器，所述平面反射镜与所述第一、第二激光器相对设置，所述第一、第二激光器发出的第一、第二激光束之间具有夹角，所述第一水平仪、第一角度仪与所述信号发送器信号连接，所述第一可调底座的底部设有第一可调支撑；

所述激光信号接收模块包括第二可调底座、及设置在所述第二可调底座上的微计算机、信号接收器、第二水平仪、第二角度仪和用于接收第一、第二激光束反射光束的CCD相机，所述CCD相机与所述平面反射镜相对设置，所述CCD相机、信号接收器与所述微计算机电连接，所述第二可调底座的底部设有第二可调支撑。

在其中的一个实施例中，所述第一、第二激光器为氦氖激光器，所述第一、第二激光器发出的第一、第二激光束呈直径为100～500微米的圆柱状，所述第一、第二激光束的功率为0.5～2毫瓦。

在其中的一个实施例中，所述第一激光束中心线到所述平面反射镜的入射角α₁为16～35度，所述第二激光束中心线到所述平面反射镜的入射角α₂为15～30度，所述入射角α₂比所述入射角α₁小1～5度。

在其中的一个实施例中，所述平面反射镜垂直设置在所述第一可调底座上，所述CCD相机垂直设置在所述第二可调底座上。

在其中的一个实施例中，所述第一可调支撑和所述第二可调支撑分别包括四个可调支撑脚。

基于以上问题，本发明提供的另一技术方案为：

测高测距装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)将激光信号发生模块放置在位置较高的测量点，将激光信号接收模块放置在位置较低的测量点，将CCD相机面向平面反射镜；

(2)调节第一可调底座底部的第一可调支撑，通过读取第一水平仪的数值，将第一可调底座调节至水平；调节第二可调底座底部的第二可调支撑，通过读取第二水平仪的数值，将第二可调底座调节至水平；

(3)开启第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器发出的第一激光束和第二激光束同时辐照至平面反射镜，调节第一可调支撑使第一可调底座绕Y轴转动，使第一激光束和第二激光束反射至CCD相机，通过第一角度仪读取此时第一可调底座与水平面的夹角β，信号发送器将第一可调底座与水平面的角度参数β发送至信号接收器，信号接收器通过数据线将角度参数β发送至微计算机并显示，根据角度参数β调节第二可调支撑使第二可调底座绕Y轴转动，使第二角度仪显示的角度数值与β一致；

(4)获取第一激光束和第二激光束中心线在平面反射镜上入射点之间的距离s，第一激光束和第二激光束的反射激光束中心线在CCD相机上接收点之间的距离s′，通过微计算机计算两个测量点之间的直线距离d、水平距离d_x及相对高度h，计算公式为：

$d=\frac{s^{\′}-s}{{\mathrm{tg\α}}_2-{\mathrm{tg\α}}_1}$

d_x＝d*cos(α₁-β)

h＝d*sin(α₁-β)

式中：

α₁，第一激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

α₂，第二激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

β，经步骤(3)调节后第一可调底座、第二可调底座与水平面的夹角；

s，第一激光束和第二激光束中心线在平面反射镜上入射点之间的距离；

s′，第一激光束和第二激光束的反射激光束中心线在CCD相机上接收点之间的距离；

d，两个测量点之间的直线距离；

d_x，两个测量点之间的水平距离；

h，两个测量点之间的相对高度。

与现有技术相比，本发明的优点是：

采用本发明的技术方案，该装置结构简单，操作方便，适合远距离、大高度的两个测量点之间的测高测距。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明测高测距装置实施例的结构示意图；

图2为本发明中计算公式中各参数的示意图；

其中：

100、激光信号发生模块；101、第一激光器；102、第二激光器；103、激光束；104、第二激光束；105、平面反射镜；106、第一水平仪；107、第一角度仪；108、信号发送器；109、第一可调底座；110、第一可调支撑；

200、激光信号接收模块；201、CCD相机；202、微计算机；203、数据线；204、信号接收器；205、第二水平仪；206、第二角度仪；207、第二可调底座；208、第二可调支撑；

α₁、第一激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

α₂、第二激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

β、调节后第一可调底座与水平面的夹角；

s、第一激光束和第二激光束中心线在平面反射镜上入射点之间的距离；

s′、第一激光束和第二激光束的反射激光束中心线在CCD相机上接收点之间的距离。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

参见图1，为本发明的结构示意图，提供一种测高测距装置，包括分别置于测量高点和测量低点的激光信号发生模块100和激光信号接收模块200，其中激光信号发生模块100包括第一激光器101、第二激光器102、第一可调底座109及设置在第一可调底座109上的平面反射镜105、第一水平仪106、第一角度仪107和信号发送器108，平面反射镜105与第一激光器101、第二激光器102相对设置，第一激光器101、第二激光器102发出的第一激光束103、第二激光束104之间具有夹角，第一水平仪106和第一角度仪107均与信号发送器108信号连接，在第一可调底座109的底部设有第一可调支撑110，第一可调支撑110包括四个可调支撑脚；激光信号接收模块200包括第二可调底座207、及设置在第二可调底座207上的微计算机202、信号接收器204、第二水平仪205、第二角度仪206和CCD相机201，其中CCD相机201与平面反射镜105相对设置用于接收第一激光束103、第二激光束104的反射光束，CCD相机201、信号接收器204与微计算机202电连接，在第二可调底座207的底部设有第二可调支撑208，第二可调支撑208包括四个可调支撑脚。

本例中，第一激光器101和第二激光器102均为氦氖激光器，第一激光器101、第二激光器102发出的第一激光束103、第二激光束104呈直径为100～500微米的圆柱状，第一激光束103和第二激光束104的功率为0.5～2毫瓦。

第一激光束103中心线到平面反射镜105的入射角α₁为16～35度，第二激光束104中心线到平面反射镜105的入射角α₂为15～30度，并且入射角α₂比所述入射角α₁小1～5度。

本例中平面反射镜105垂直设置在第一可调底座109上，CCD相机201垂直设置在第二可调底座207上。

测高测距装置的测量方法包括以下步骤：

(1)将激光信号发生模块100放置在位置较高的测量点，将激光信号接收模块200放置在位置较低的测量点，将CCD相机201面向平面反射镜105；

(2)调节第一可调底座109底部的第一可调支撑110，通过读取第一水平仪106的数值，将第一可调底座109调节至水平；调节第二可调底座207底部的第二可调支撑208，通过读取第二水平仪205的数值，将第二可调底座207调节至水平；

(3)开启第一激光器101和第二激光器102，第一激光器101和第二激光器102发出的第一激光束103和第二激光束104同时辐照至平面反射镜105，调节第一可调支撑110使第一可调底座109绕Y轴转动，使第一激光束103和第二激光束104反射至CCD相机201，通过第一角度仪107读取此时第一可调底座109与水平面的夹角β，信号发送器108将第一可调底座109与水平面的角度参数β发送至信号接收器204，信号接收器204通过数据线203将的角度参数β发送至微计算机202并显示，根据角度参数β调节第二可调支撑208使第二可调底座207绕Y轴转动，使第二角度仪206显示的角度数值与β一致；

(4)获取第一激光束103和第二激光束104中心线在平面反射镜106上入射点之间的距离s，第一激光束103和第二激光束104的反射激光束中心线在CCD相机201上接收点之间的距离s′，通过微计算机202计算两个测量点之间的直线距离d、水平距离d_x及相对高度h，计算公式为：

$d=\frac{s^{\′}-s}{{\mathrm{tg\α}}_2-{\mathrm{tg\α}}_1}$

d_x＝d*cos(α₁-β)

h＝d*sin(α₁-β)

计算公式中各参数如图2所示

式中：

α₁，第一激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

α₂，第二激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

β，经步骤(3)调节后第一可调底座、第二可调底座与水平面的夹角；

s，第一激光束和第二激光束中心线在平面反射镜上入射点之间的距离；

s′，第一激光束和第二激光束的反射激光束中心线在CCD相机上接收点之间的距离；

d，两个测量点之间的直线距离；

d_x，两个测量点之间的水平距离；

h，两个测量点之间的相对高度。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.测高测距装置，其特征在于：包括分别置于测量高点和测量低点的激光信号发生模块(100)和激光信号接收模块(200)；

所述激光信号发生模块(100)包括第一激光器(101)、第二激光器(102)、第一可调底座(109)、及设置在所述第一可调底座(109)上的平面反射镜(105)、第一水平仪(106)、第一角度仪(107)和信号发送器(108)，所述平面反射镜(105)与所述第一、第二激光器(101、102)相对设置，所述第一、第二激光器(101、102)发出的第一、第二激光束(103、104)之间具有夹角，所述第一水平仪(106)、第一角度仪(107)与所述信号发送器(108)信号连接，所述第一可调底座(109)的底部设有第一可调支撑(110)；

所述激光信号接收模块(200)包括第二可调底座(207)、及设置在所述第二可调底座(207)上的微计算机(202)、信号接收器(204)、第二水平仪(205)、第二角度仪(206)和用于接收第一、第二激光束(103、104)反射光束的CCD相机(201)，所述CCD相机(201)与所述平面反射镜(105)相对设置，所述CCD相机(201)、信号接收器(204)与所述微计算机(202)电连接，所述第二可调底座(207)的底部设有第二可调支撑(208)。

2.根据权利要求1所述的测高测距装置，其特征在于：所述第一、第二激光器(101、102)为氦氖激光器，所述第一、第二激光器(101、102)发出的第一、第二激光束(103、104)呈直径为100～500微米的圆柱状，所述第一、第二激光束(103、104)的功率为0.5～2毫瓦。

3.根据权利要求2所述的测高测距装置，其特征在于：所述第一激光束(103)中心线到所述平面反射镜(105)的入射角α₁为16～35度，所述第二激光束(104)中心线到所述平面反射镜(105)的入射角α₂为15～30度，入射角α₂比入射角α₁小1～5度。

4.根据权利要求1所述的测高测距装置，其特征在于：所述平面反射镜(105)垂直设置在所述第一可调底座(109)上，所述CCD相机(201)垂直设置在所述第二可调底座(207)上。

5.根据权利要求1所述的测高测距装置，其特征在于：所述第一可调支撑(110)和所述第二可调支撑(208)分别包括四个可调支撑脚。

6.测高测距装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将激光信号发生模块(100)放置在位置较高的测量点，将激光信号接收模块(200)放置在位置较低的测量点，将CCD相机(201)面向平面反射镜(105)；

(2)调节第一可调底座(109)底部的第一可调支撑(110)，通过读取第一水平仪(106)的数值，将第一可调底座(109)调节至水平；调节第二可调底座(207)底部的第二可调支撑(208)，通过读取第二水平仪(205)的数值，将第二可调底座(207)调节至水平；

(3)开启第一激光器(101)和第二激光器(102)，第一激光器(101)和第二激光器(102)发出的第一激光束(103)和第二激光束(104)同时辐照至平面反射镜(105)，调节第一可调支撑(110)使第一可调底座(109)绕Y轴转动，使第一激光束(103)和第二激光束(104)反射至CCD相机(201)，通过第一角度仪(107)读取此时第一可调底座(109)与水平面的夹角β，信号发送器(108)将第一可调底座(109)与水平面的角度参数β发送至信号接收器(204)，信号接收器(204)通过数据线(203)将角度参数β发送至微计算机(202)并显示，根据角度参数β调节第二可调支撑(208)使第二可调底座(207)绕Y轴转动，使第二角度仪(206)显示的角度数值与β一致；

(4)获取第一激光束(103)和第二激光束(104)中心线在平面反射镜(105)上入射点之间的距离s，第一激光束(103)和第二激光束(104)的反射激光束中心线在CCD相机(201)上接收点之间的距离s′，通过微计算机(202)计算两个测量点之间的直线距离d、水平距离d_x及相对高度h，计算公式为：

$d=\frac{s^{\′}-s}{{\mathrm{tg\α}}_2-{\mathrm{tg\α}}_1}$

d_x＝d*cos(α₁-β)

h＝d*sin(α₁-β)

式中：

α₁，第一激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

α₂，第二激光束中心线入射到所述平面反射镜的入射角；

β，经步骤(3)调节后第一可调底座、第二可调底座与水平面的夹角；

s，第一激光束和第二激光束中心线在平面反射镜上入射点之间的距离；

s′，第一激光束和第二激光束的反射激光束中心线在CCD相机上接收点之间的距离；

d，两个测量点之间的直线距离；

d_x，两个测量点之间的水平距离；

h，两个测量点之间的相对高度。