CN105466394A - 一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器 - Google Patents

一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，包括机械系统、光学成像系统；所述机械系统中包括始终保持自由悬垂状态的悬垂件，所述光学成像系统与其相对以使所述悬垂件在光学成像系统中成像；所述光学成像系统与数据电缆相连以输出所述悬垂件位置的视频信息以供处理得到倾角信息。当待测物倾斜时，机械系统和光学成像系统会随待测物倾斜，而由于悬垂件始终保持竖直，此时悬垂件在光学成像系统中所成图像会产生变化，对吊锤图像进行处理即可计算出待测物倾斜的角度。本发明的传感器精度高、安装维护方便、不受电磁场干扰、可靠性高、使用寿命长。

Description

一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器
技术领域
本发明属于土木工程测量技术领域，涉及一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器。
背景技术
倾角传感器主要用于测量待测物和竖直轴之间的夹角。倾角传感器根据其数据是否能联网自动采集可以分为在线式和离线式两种，在线式是指可以远程获取传感器测量结果，离线式是指传感器测量结果必须人为记录而无法直接集成到信息收集系统中。目前最常用的在线式倾角传感器是基于重力加速度分量测量原理的，也就是传感器自身可以测量其某个轴方向的加速度分量，若该轴越接近竖直，测得的加速度数值越大，该轴越接近水平，测量到的加速度数值越小，根据测得的加速度竖直、既可推算倾角大小。加速度测量多是基于MEMS加电子测量，由于电子测量本身具有使用寿命低、易老化、易受温度影响等不足，基于该原理的倾角传感器也会因为继承这些补足而具有相应的缺点。
土木工程领域的监控具有变化缓慢、变化竖直小、测量时间长、拆装不易等特点，通常建筑物近十年时间倾角变化都不会超过1°，因此，对倾角传感器本身的噪声、温度漂移、老化等都有较高的要求。土木工程领域的测量常需要应用在室外，也要求传感器本身应具有良好的温度抗性、耐腐蚀性、防雨水灰尘特性。客观上需要研发新的倾角传感器以满足这些要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器。
为达到以上目的，本发明的解决方案是：
一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，包括机械系统、光学成像系统；所述机械系统中包括始终保持自由悬垂状态的悬垂件，所述光学成像系统与其相对以使所述悬垂件在光学成像系统中成像；所述光学成像系统与数据电缆相连以输出所述悬垂件位置的视频信息以供处理得到倾角信息。
进一步，所述机械系统部分包括安装支架、调零机构、外壳、吊装机构、悬垂件；所述吊装机构安装于所述密封圆筒内的上部，所述悬垂件悬挂于所述吊装机构上、悬垂于所述密封圆筒内；所述光学成像系统安装于所述密封圆筒内并与所述悬垂件相对以使所述悬垂件在所述光学成像系统中成像。
所述机械系统部分还包括用于将所述倾角传感器固定于待测物体上的上安装支架、下安装支架，所述上安装支架、下安装支架固定于所述密封圆筒上。
所述机械系统部分还包括调零机构，所述调零机构用于将所述悬垂件在所述光学成像系统中的成像调整到处于“零位”。
所述光学成像系统还包括图像处理电路，其依据所述光学成像系统提供的所述悬垂件位置的视频信息计算出待测物体的倾斜角度并通过数据电缆输出。
所述光学成像系统为相互配合的摄像头、光学镜头、光源、图像处理电路所构成的集成模块。
所述调零机构为：在安装支架上相对于外壳上的不同方位开设螺纹孔，在各螺纹孔中分别旋入螺柱，旋入的各螺柱的端部触及外壳，通过调节各螺柱的旋入长度将外壳限定在使得悬垂件在光学成像系统中成像处于“零位”的位置。
所述悬垂件为吊锤。
所述外壳为不锈钢密封圆筒。
所述吊装机构为微摩擦吊装机构。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：该传感器的外壳和待测物固定，会随着待测物一同倾斜；光学成像系统和外壳固定在一起、也会随着待测物而倾斜。而内部的吊锤会由于重力作用而保持竖直。因此当待测物倾斜程度不同时、吊锤在成像系统中所成的像会有所不同，利用图像处理技术即可计算出待测物的倾角。该传感器具有可在线测量、精度高、噪声小、不受温度影响、使用寿命长达近百年、防腐蚀、防水的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的结构及工作原理示意图。
图中数字标记：1为待测物本体；2为上安装支架；21为下安装支架；3为外壳；4为吊装机构；5为光学成像系统中的摄像头、光源、光学镜头一体化模块；6为光学成像系统中的图像处理电路板；7为调零机构；71、72为螺柱；8为吊锤。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明传感器通过上安装支架2和下安装支架21固定于待测物本体1上，简化起见，可以将待测物本体1理解为一堵墙体。
本发明包括悬垂件8、吊装机构4、光学成像系统5、图像处理电路板6、外壳3及调零机构7。
吊装机构4设置于外壳3内部一端，悬垂件8挂设于吊装机构4之上从而悬垂于外壳3内部；
外壳3内部与吊装机构4相对的另一端设有光学成像系统5，其与悬垂件8的下端相对以使悬垂件8在光学成像系统5中成像；
光学成像系统5与图像处理电路板6相连，以便对悬垂件8在光学成像系统5中成像进行处理，得到待测量的数值，该数值通过数据电缆上传到数据采集系统中。
该倾角传感器上还设有调零机构7，可以在初始环境已经存在一定倾角的情况下将悬垂件8在光学成像系统5中的成像位置调节到“零位”。
本实施例中，调零机构7为螺纹螺柱结构；具体为：在下安装支架21上相对于外壳3上的不同方位开设螺纹孔，在各螺纹孔中旋入各螺柱71、72等，旋入的各螺柱71、72等的端部可触及外壳3，通过调节各螺柱71、72的旋入长度可以将外壳3限定在特定的位置，即使得悬垂件8在光学成像系统5中成像处于“零位”的位置。
若下安装支架21为四边形结构，可以在每条边上正对外壳3中心的方位各开设一个螺纹孔并分别旋入螺柱，通过调节各螺柱71、72的旋入长度可以将外壳3限定在“零位”的位置。
悬垂件8可以采用吊锤，外壳3可以采用不锈钢密封圆筒；为了提高测量精度，吊装机构4可以采用微摩擦吊装机构。
光学成像系统5中的摄像头、光源、光学镜头一体化模块；光学成像系统中的图像处理电路板6均可采用市场上常见的产品，此不赘述。
具体使用时，只需要如图1所示将本发明固定在待测物本体上，进行调零操作，并将数据传输电缆连接到数据采集系统中即可。
如果随着时间的推移，待测物本体确实发生了倾斜的情况，待测物本体上用于固定外壳3的部分也必然随着待测物本体倾斜，外壳3以及固定于外壳3之上的光学成像系统5也随着倾斜，由于悬垂件8在任何情况下始终是保持竖直状态的，故此时悬垂件8在光学成像系统5中的成像相对于待测物本体发生倾斜前就发生了变化，依据成像的不同可以计算出待测物1的倾斜角度。
通过光学成像系统的电路板引出RS485通讯线，可以将测量到的倾角数据实时上传给数据收集系统。
综上所述，本发明传感器实施例外壳可采用密封不锈钢圆筒，不锈钢圆筒通过安装支座固定在待测物上并通过调零机构和待测物保持方向一致。不锈钢圆筒底部固定有光学成像系统，光学成像系统会随着不锈钢圆筒、随着待测物而倾斜。不锈钢圆筒上部安装有能自由悬垂的吊锤，在待测物、圆筒倾角变化时，吊锤会因为重力作用而继续保持竖直。因此，待测物倾角不同时，吊锤在光学成像系统中所成图像不同；从而可以根据吊锤的成像计算出待测物的倾角。
为了提高该倾角传感器的精度，不锈钢圆筒和吊锤之间采用微摩擦吊装机构。
为了提高传感器的防水、防灰尘、防腐蚀能力，外壳采用不锈钢圆筒，且该圆筒全密封。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：包括机械系统、光学成像系统；所述机械系统中包括始终保持自由悬垂状态的悬垂件，所述光学成像系统与其相对以使所述悬垂件在光学成像系统中成像；所述光学成像系统与数据电缆相连以输出所述悬垂件位置的视频信息以供处理得到倾角信息。
2.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述机械系统部分包括安装支架、调零机构、外壳、吊装机构、悬垂件；所述吊装机构安装于所述密封圆筒内的上部，所述悬垂件悬挂于所述吊装机构上、悬垂于所述密封圆筒内；所述光学成像系统安装于所述密封圆筒内并与所述悬垂件相对以使所述悬垂件在所述光学成像系统中成像。
3.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述机械系统部分还包括用于将所述倾角传感器固定于待测物体上的上安装支架、下安装支架，所述上安装支架、下安装支架固定于所述密封圆筒上。
4.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述机械系统部分还包括调零机构，所述调零机构用于将所述悬垂件在所述光学成像系统中的成像调整到处于“零位”。
5.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述光学成像系统还包括图像处理电路，其依据所述光学成像系统提供的所述悬垂件位置的视频信息计算出待测物体的倾斜角度并通过数据电缆输出。
6.根据权利要求5所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述光学成像系统为相互配合的摄像头、光学镜头、光源、图像处理电路所构成的集成模块。
7.根据权利要求4所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述调零机构为：在安装支架上相对于外壳上的不同方位开设螺纹孔，在各螺纹孔中分别旋入螺柱，旋入的各螺柱的端部触及外壳，通过调节各螺柱的旋入长度将外壳限定在使得悬垂件在光学成像系统中成像处于“零位”的位置。
8.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述悬垂件为吊锤。
9.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述外壳为不锈钢密封圆筒。
10.根据权利要求1所述的基于吊锤位置视频识别技术的倾角传感器，其特征在于：所述吊装机构为微摩擦吊装机构。
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