CN107631693B - 一种二维多点激光位移测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种二维多点激光位移测量系统，由激光发射装置、激光接收装置、位移监控中心、移动监控终端构成；多组激光发射装置安装在被测对象上的不同位置，激光接收装置布置在稳定位置，位移监控中心运行在监测管理部门，移动监控终端由监测管理人员随身携带；激光接收装置分时控制每组激光发射装置发射两路激光信号，通过自动聚焦处理方法将两路激光信号成像在光敏阵列上，并检测两个像点在光敏阵列上的二维位置坐标，从而确定每组激光发射装置的二维位移量，激光接收装置将测得的二维位移量上传到位移监控中心，移动监控终端通过访问位移监控中心监测被测对象的二维位移量。

Description

一种二维多点激光位移测量系统
技术领域
本发明属于防灾减灾技术领域，涉及一种二维多点激光位移测量系统。
背景技术
水库大坝、跨江大桥等大型结构在使用时尤其是在恶劣的天气环境下使用时会发生微小变形，当变形量累积到一定程度，会发生灾难性后果，造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失，因而对这些大型结构的微位移微变形进行实时在线监测具有十分重要的意义。
近年来，众多科技工作者和工程技术人员研究了一系列的监测方法与技术手段，如预埋光纤法、GPS变形监测方法、变形监测雷达法等，这些方法在保证大型基础设施的结构健康安全方面发挥了重要作用，但在实际使用过程中遇到了一些新的问题。预埋光纤法通过在大型结构中预埋光纤传感器来测量被测对象的变形量，这种测量方法存在的问题是：(1)预埋在大型结构中的光纤传感器如果损坏了无法修复；(2)在大型结构中预埋传感器会影响被测对象的应力分布；(3)已经建成的大型结构中无法预埋光纤传感器。GPS变形监测方法与变形监测雷达方法，不需要预埋传感器。GPS变形监测方法根据GPS定位原理来测量安装在被测对象上的GPS接收机的位移量，这种测量方法存在的问题是：(1)在深山峡谷中，GPS信号存在遮挡，精度变差甚至失效；(2)垂直方向的位移量测量精度较差；(3)基准站点与观测站点之间需要无线通信链路。变形监测雷达法如地基合成孔径雷达方法，通过测量射频载波相位差来测量被测对象的变形情况，这种方法存在的问题是：(1)只能测量雷达视线方向上的位移量，即位移量在雷达视线方向上的投影，在实际使用时受到一定的限制；(2)测量设备体积较大、成本较高。
与以上几种测量方法不同的是，本发明专利提出一种新型的二维激光位移监测方法，这种测量方法观测方向与位移方向垂直，通过在被测对象上安装多个激光发射装置，在稳定位置安装激光接收装置，激光发射装置发射激光信号照射激光接收装置，激光接收装置通过测量激光光斑的二维位置坐标来测量激光发射装置的二维位移量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二维多点激光位移测量系统，该系统由激光发射装置、激光接收装置、位移监控中心、移动监控终端构成；激光发射装置照射激光接收装置，激光接收装置确定激光发射装置的二维位移量，激光接收装置将二维位移量上传到位移监控中心，移动监控终端访问位移监控中心监测被测对象的二维位移量。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种二维多点激光位移测量系统，由激光发射装置、激光接收装置、位移监控中心、移动监控终端构成；多组激光发射装置安装在被测对象上的不同位置，激光接收装置布置在稳定位置，位移监控中心运行在监测管理部门，移动监控终端由监测管理人员随身携带；激光接收装置分时控制每组激光发射装置发射两路激光信号，通过自动聚焦处理方法将将两路激光信号成像在光敏阵列上，并检测两个像点在光敏阵列上的二维位置坐标，从而确定每组激光发射装置的二维位移量，激光接收装置将测得的二维位移量上传到位移监控中心，移动监控终端通过访问位移监控中心监测被测对象的二维位移量。
本发明的有益效果在于：(1)二维位移监测能力；(2)多点位移监测能力；(3)随时随地监测能力；(4)长期自动监测能力。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的自动聚焦方法示意图；
图3为本发明的位移监控中心显示界面效果图；
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明的系统结构框图。由激光发射装置1、激光接收装置2、位移监控中心3、移动监控终端4构成。
激光发射装置1有多组，安装在被测对象如水库大坝上的不同位置，激光接收装置2布置在稳定位置，位移监控中心3位于监测管理部门，移动监控终端4由监测管理人员随身携带。激光发射装置1由安装支架11、激光发射控制电路12以及2个激光发射器13和14构成；安装支架11用于将激光发射装置1安装在被测对象上，激光发射控制电路12用于接收激光接收装置2发过来的分时控制逻辑信号，打开本组激光发射装置1的激光发射器13和14的电源，利用两路频率不同的正弦波信号对激光发射器13和14的光强进行调制；激光发射器13和14用于发射激光信号。
激光接收装置2由安装支架21、变焦镜头22、变焦控制器25、光敏阵列23以及数据处理系统24构成；安装支架21用于将激光接收装置2布置在稳定位置；变焦镜头22用于将激光发射装置1发射过来的两路激光信号聚焦成光敏阵列23上的两个像点；变焦控制器25用于接收数据处理系统24送来的变焦控制指令信号，调节变焦镜头25的焦距；光敏阵列23用于将聚焦后的两个像点转换为电信号；数据处理系统24用于确定两个像点在光敏阵列23上的二维位置坐标，向多组激光发射装置1发送分时控制逻辑信号，向变焦控制器25发送变焦控制指令信号，向位移监控中心3上传每组激光发射装置1的二维位移量。
位移监控中心4为高性能网络计算机，运行在监测管理部门，用于接收激光接收装置2上传的二维位移量，其完成的主要功能有：连接、设置、显示、存储、回放、分析、预警。
移动监控终端为智能手机或者平板电脑，由监测管理人员随身携带，运行APP软件，随时随地访问位移监控中心监测被测对象的二维位移量。
图2为本发明的自动聚焦方法示意图。每组激光发射装置结构完全相同，两个激光发射器L1与L2间距为D，激光发射装置距变焦镜头的物距为U，变焦镜头的焦距为F，光敏阵列与变焦镜头的像距为V，两个激光发射器L1和L2通过变焦镜头成像在光敏器件上的像点分别为I1和I2，这两个像点之间的间距为d。本发明的自动变焦处理方法为：尽管每组激光发射装置与激光接收装置之间的距离不同，但无论哪组激光发射装置处于发射状态时，激光接收装置的数据处理系统都发送变焦控制指令自动调节变焦镜头焦距，使成像在光敏阵列上的两个像点间距始终相等。
图3为本发明的位移监控中心显示界面效果图。位移监控中心显示界面由位移显示区域和操作按钮区域构成；位移显示区域用于显示位移量，有两种显示方式：时域波形或者数据报表；操作按钮区域包括的按钮有：连接、设置、显示、存储、回放、分析、预警等，其中“连接”按钮用于建立激光接收装置与位移监控中心的网络连接，“设置”按钮用于设置系统常用工作参数，“显示”按钮用于选择待测激光发射装置、更改显示方式、更改坐标轴大小等，“存储”按钮用于设置数据文件保存目录，“回放”按钮用于重现历史位移信息，“分析”按钮用于对位移信息进行进一步的处理，比如查找最大位移量及其发生时刻，比较不同时间段的位移情况等，“预警”按钮用于设置报警门限及报警方式。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种二维多点激光位移测量系统，由激光发射装置、激光接收装置、位移监控中心、移动监控终端构成；多组激光发射装置安装在被测对象上的不同位置，激光接收装置布置在稳定位置，位移监控中心运行在监测管理部门，移动监控终端由监测管理人员随身携带；激光接收装置分时控制每组激光发射装置发射两路激光信号，通过自动聚焦处理方法将两路激光信号成像在光敏阵列上，并检测两个像点在光敏阵列上的二维位置坐标，从而确定每组激光发射装置的二维位移量，激光接收装置将测得的二维位移量上传到位移监控中心，移动监控终端通过访问位移监控中心监测被测对象的二维位移量；
所述的激光发射装置由安装支架、激光发射控制电路以及2个激光发射器构成；安装支架用于将激光发射装置安装在被测对象上；激光发射控制电路用于接收激光接收装置发过来的分时控制逻辑信号，打开本组激光发射装置的激光发射器电源，利用两路频率不同的正弦波信号对激光发射器的光强进行调制；激光发射器用于发射激光信号；
所述的激光接收装置由安装支架、变焦镜头、变焦控制器、光敏阵列以及数据处理系统构成；安装支架用于将激光接收装置布置在稳定位置；变焦镜头用于将激光发射装置发射过来的两路激光信号聚焦成光敏阵列上的两个像点；变焦控制器用于接收数据处理系统送来的变焦控制指令信号，调节变焦镜头的焦距；光敏阵列用于将聚焦后的两个像点转换为电信号；数据处理系统用于确定两个像点在光敏阵列上的二维位置坐标，向多组激光发射装置发送分时控制逻辑信号，向变焦控制器发送变焦控制指令信号，向位移监控中心上传每组激光发射装置的二维位移量；
所述自动聚焦处理方法为，每组激光发射装置的两路激光发射器的间距相等，无论哪组激光发射装置处于发射状态，激光接收装置的数据处理系统都发送变焦控制指令自动调节变焦镜头焦距，使成像在光敏阵列上的两个像点间距相等。
2.根据权利要求1所述的一种二维多点激光位移测量系统，其特征在于：所述的位移监控中心为高性能网络计算机，运行在监测管理部门，用于接收激光接收装置上传的二维位移量，其完成的主要功能有：连接、设置、显示、存储、回放、分析、预警。
3.根据权利要求1所述的一种二维多点激光位移测量系统，其特征在于：所述的移动监控终端为智能手机或者平板电脑，由监测管理人员随身携带，运行APP软件，随时随地访问位移监控中心监测被测对象的二维位移量。
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