CN107860317A - 一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法，该方法是于水泥罐等构筑物顶部架设激光发射器，使得激光发射器发射激光的光斑落在构筑物附近的墙面上，然后以激光的光斑为靶心制作圆靶。当构筑物未偏移或振动时，激光发射器直射圆靶靶心，当构筑物偏移或振动时，激光发射器随之运动。如此，通过测量激光光斑距圆靶靶心的距离，便可计算出构筑物偏移程度或振动幅度。本方法无需依赖于复杂的电子监测装置、可经济实惠地满足水泥罐、谷仓、油罐、铁塔等构筑物位移与振动检测的需要。

Description

一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法

技术领域

本发明属于位移与振动检测技术领域，尤其是涉及一种基于激光光斑位移检测水泥罐等构筑物位移或振动幅度的方法。

背景技术

水泥罐(也称散装水泥罐、水泥仓)一般用在混泥土搅拌站的散装水泥搅拌加工中，水泥罐是一种封闭式的散装物料储存罐体，适合储存水泥、粉煤灰等各种散装建筑物料。水泥罐为圆柱形结构，底部由四条圆管支腿支撑整个仓体，整仓为钢结构形式。使用过程中，水泥储罐自身的结构强度变化及地面沉降等工程质量问题都可能对水泥罐的安全有突出影响，稍有不慎即可能因罐体结构损伤或罐体倾斜发生失效垮塌，全国每年都有上十起水泥罐垮塌造成的群死群伤事故。实际上，粮仓、谷仓、铁塔和油罐等构筑物同样存在类似的问题，严重威胁安全生产。

因水泥罐等构筑物的变形和垮塌往往不是毫无征兆、瞬间发生的，水泥罐垮塌前往往伴随地基沉降、水泥罐支脚与罐体受力和老化导致的结构损伤和变形，并造成不同程度的变形和位移。定期检测水泥罐等构筑物的位移并及时告警，是避免人身安全事故的重要措施。

前述构筑物体型高大，如水泥罐体高达10余米，罐体出现几厘米的倾斜和位移时很难通过肉眼直观检测。当前，检测水泥罐等构筑物倾斜、位移和振动并不存在技术上的障碍。现有基于霍尔效应等原理的振动监测仪及基于激光光栅干涉原理的位移检测技术都可实现高精度的位移与振动检测，但该类高精度位移与振动检测系统价格一般在万元以上，造价高昂；从业主角度来看，购置水泥罐本体的价格仅在5,6万元之间，很难接受再花费上万元配置位移与振动检测设备。此外，该类监测系统需要后台系统接收和分析数据，对运行环境及使用维护有较高要求，而工程施工现场人员素质良莠不齐，不一定能掌握涉及较复杂操作的高精度位移与振动检测设备的使用方法。因此，该类方法不适用于工程施工现场的水泥罐等构筑物的位移与振动监测。实际上，工程施工中常用的全站仪等设备同样可以实现水泥罐等构筑物的位移监测，但要求现场专业技术人员定期(最好每天)观测，在实践中也很难落实。为此，亟待研发一种低成本的经济实惠又简单实用的构筑物位移与振动检测方法。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术的不足，提供一种经济实惠、原理简单、使用方便的基于激光光斑位移检测构筑物位移与振动幅度的方法，以监测水泥罐等构筑物的位移与振动。

为达上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法，该方法是于未发生偏移或振动的构筑物顶部固定架设激光发射器，使激光发射器发出的激光形成的光斑落在构筑物附近的墙面上，以该光斑为靶心于墙面上形成一圆靶，并标示出圆靶靶心的位置,当构筑物无偏移或振动时，激光发射器发出的激光形成的光斑正射于圆靶靶心；当构筑物发生偏移或振动时，激光发射器随之运动，激光发射器发出的激光形成的光斑偏移圆靶靶心，从而通过测量出光斑与靶心的距离能计算出构筑物的偏移或振动幅度。

本发明的工作原理如下：首先于构筑物顶部固定一激光发射器，激光发射器发出激光至工棚墙面上形成光斑，以光斑为靶心在墙面上画一圆靶，并标出光斑靶心的位置，工作人员通过观测激光发射器发出激光的光斑落点检测构筑物(如水泥罐)状况。当构筑物发生位移或振动，光斑将偏移圆靶靶心。因为根据成像原理，激光光斑的偏移幅度将远大于构筑物本身的偏移，所以工作人员可以直接肉眼观测到构筑物微小的位移或振动。进而，通过测量出光斑与靶心之间的距离即可计算出构筑物位移幅度或振动幅度。具体计算过程如下：

设激光发射器发射激光形成的光斑在靶心位置时的激光线与水平面的夹角为β，构筑物偏移的角度为α，构筑物偏移后激光发射器发射的激光形成的光斑与靶心的距离为D，构筑物的直径为L，构筑物的高度为H，构筑物到靶心的水平距离为S，靶心到激光发射器的垂直高度为C，构筑物某支腿或地基下沉的距离或构筑物振动的最大幅度为d；则得到下式(1)和式(2)，

由三角形Ⅰ、Ⅱ相似及α角对应斜边分别近似等于L和H(因为构建物的偏移相对构建物本身大小是微小的)可得到式(3)，

又由于构筑物支腿或地基下沉，使构筑物偏移一夹角α，激光发射器随之偏移一夹角α，因此，构筑物偏移后激光发射器发射到墙面的激光线与水平面的夹角为α+β，而得到式(4)，

由于

将式(1)、式(2)、式(3)及式(4)代入式(5)，即得到式(6)，

令 则由式(6)得到构筑物位移幅度或振动幅度d为再将d带回式(1)可得到构筑物倾斜的角度

本发明的优点是：

1.本发明基于激光光斑位移检测的方法可清楚、直观地观察到构筑物偏移的情况，通过测量构筑物偏移或振动后激光发射器发射激光形成的光斑与靶心的距离，能计算得到构筑物位移程度或振动幅度，便于工作人员随时地检测构筑物的安全状况。

2.本发明采用的位移或振动幅度检测方法原理简单、操作方便，成本低廉，具有普遍推广价值。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明计算原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。

参见图1，本发明为一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法，该方法是于未发生偏移或振动的构筑物顶部架设激光发射器，使激光发射器发出的激光形成的光斑落在构筑物附近的墙面上，以该光斑为靶心于墙面上形成一圆靶，并标示出圆靶靶心的位置,光斑随构筑物位移而偏离靶心的距离为D；当构筑物无偏移或振动时，激光发射器发出的激光形成的光斑正射于圆靶靶心；当构筑物发生偏移或振动时，激光发射器随之运动，激光发射器发出的激光形成的光斑偏移圆靶靶心，从而通过测量出光斑与靶心的距离能计算出构筑物的偏移幅度或振动幅度。

参见图2，上述提及的构筑物的偏移幅度或振动幅度的具体计算过程如下：

设激光发射器发射激光形成的光斑在靶心位置时的激光线与水平面的夹角为β，构筑物偏移的角度为α，构筑物偏移后激光发射器发射的激光形成的光斑与靶心的距离为D，构筑物的直径为L，构筑物的高度(不含支腿)为H，构筑物到靶心的水平距离为S，靶心到激光发射器的垂直高度为C，构筑物某支腿或地基下沉的距离或构筑物振动的最大幅度为d；则得到式(1)和式(2)，

由三角形Ⅰ、Ⅱ相似及α角对应斜边分别近似等于L和H(因为构建物的偏移相对构建物本身大小是微小的)可得到式(3)，

又由于构筑物支腿或地基下沉，使构筑物偏移一夹角α，激光发射器随之偏移一夹角α，因此，构筑物偏移后激光发射器发射到墙面的激光线与水平面的夹角为α+β，而得到式(4)，

由于

将式(1)、式(2)、式(3)及式(4)代入式(5)，即得到式(6)，

令 则由式(6)得到构筑物位移幅度或振动幅度d为再将d带回式(1)可得到构筑物倾斜的角度

实施例1

现有一水泥罐直径L为3米，罐体高度为10米，在水泥罐顶部装设一激光发射器，其发出激光直射在距水泥罐20米的工棚墙面上，以墙面上的光斑为靶心画圆，圆靶靶心距激光发射器的垂直距离C为8米。当水泥罐支腿下沉，水泥罐偏移，可以在圆靶清楚地看到激光光斑偏离靶心，测量出其偏离距离为1m。则可计算得出 从而得知水泥罐支腿下沉的距离为0.117m，水泥罐倾斜的角度

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法，其特征在于，该方法是于未发生偏移或振动的构筑物顶部架设激光发射器，使激光发射器发出的激光形成的光斑落在构筑物附近的墙面上，以该光斑为靶心于墙面上形成一圆靶，并标示出圆靶靶心的位置,当构筑物无偏移或振动时，激光发射器发出的激光形成的光斑正射于圆靶靶心；当构筑物发生偏移或振动时，激光发射器随之运动，激光发射器发出的激光形成的光斑偏移圆靶靶心，从而通过测量出光斑与靶心的距离能计算出构筑物的偏移或振动幅度。

2.如权利要求1所述的一种基于激光光斑位移检测构筑物位移或振动幅度的方法，其特征在于，所述构筑物的偏移或振动幅度的具体计算过程为：设定激光发射器发射激光形成的光斑在靶心位置时的激光线与水平面的夹角为β，构筑物偏移的角度为α，构筑物偏移后激光发射器发射的激光形成的光斑与靶心的距离为D，构筑物的直径为L，构筑物的高度为H，构筑物到靶心的水平距离为S，靶心到激光发射器的垂直高度为C，构筑物某支腿或地基下沉的距离或构筑物振动的最大幅度为d，则 藉由得到其中从而计算出构筑物的偏移或振动幅度。