CN108363066B - 一种高精度的距离测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的距离测量方法，具体步骤为：首先将激光测距模块搭载于步进电机的直线运动位移平台上，调整位移平台移动方向垂直于靶体所在的平面，并将靶体粘贴在整平后的待测目标体表面；每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制；依次循环进行，记录所有的激光测距值和位移平台移动距离值；将位移平台移动数据与激光测距结果一起通过微控制电路的算法分析，准确得出激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离。本发明的有益效果：本发明基于高精度步距的步进电机及其位移平台上的激光测距传感器进行连续测距，通过算法拟合后可大幅度的提高激光测距精度，采用非接触方法测量，方便测量。

Description

一种高精度的距离测量方法

技术领域

本发明涉及建筑检测、监测及工程测量技术领域，具体来说，涉及一种高精度的距离测量方法。

背景技术

在常用[1,200]米区段的距离测量方法中有：卷尺、收敛计、激光测距仪和全站仪等等。这些距离测量方法中收敛计的精度是最高的，其理论精度可以达到0.01mm，但因其需要接触测量，测点连线中间不允许存在遮挡物。因此其现场实际应用不太方便，很难适应未来自动化测量的技术发展方向。激光测距仪和全站仪等测量方法其精度又偏低，其实测精度只能达到mm级别，与当前地铁、隧道等变形监测规范要求的精度0.1mm相去甚远。随着变形监测自动化、智慧城市等市场的倒逼行为，对于变形监测数据越来越趋向于自动化监测。市场迫切需要高精度、能满足自动化监测需求的测距产品。本发明目的在于提供高精度、符合自动化监测需求的高精度测距产品。据此提出一种高精度的距离测量方法，并设计出一种便携小巧，高精度的测距装置，实现高精度的距离测量以及目标物位移及变形监测。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种高精度的距离测量方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高精度的距离测量方法，包括以下步骤：

S1：将激光测距模块搭载于步进电机的直线运动位移平台上；

S2：调整位移平台移动方向垂直于靶体所在的平面，并将靶体粘贴在整平后的待测目标体表面；

S3：每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制；

S4：依次循环进行，记录所有的激光测距值和位移平台移动距离值；

S5：将位移平台移动数据与激光测距结果一起通过微控制电路的算法分析，具体公式为：S=D+a-n*（3a-a）/（b*（m-n）），其中，S为初始位置真实的测量距离值；D为激光测距模块初始时检测的距离值；a为激光测距模块实际精度；b为每次位移平台向前移动的长度；n为在距离值为D+a时的移动次数；m为距离值为D+3a时的移动次数；

S6：准确得出激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离。

进一步的，在步骤S1中，所述的激光测距模块为激光测距传感器。

进一步的，在步骤S3中，所述的每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制的具体步骤包括：

S3.1：当激光测距模块完成一次测量后，记录激光测距值和位移平台移动距离值；

S3.2：通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制。

进一步的，在步骤S6之后，还应包括如下步骤：

S7：将激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离通过外部接口进行显示或者通过无线模块发送到外部终端。

本发明的有益效果：本发明基于高精度步距的步进电机及其位移平台上的激光测距传感器进行连续测距，通过算法拟合后可大幅度的提高激光测距精度；同时本发明采用非接触方法测量，方便测量；该测量方法仅通过带有微控制器的步进电机及搭载的激光测距仪组建的微调修正系统，具有成本小，实现简单，量测结果稳定可靠的特点；本发明整个系统结构尺寸小，可作为独立的传感器应用于自动化监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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是根据本发明实施例所述的一种高精度的距离测量方法的流程图；

图2是根据本发明实施例所述的一种高精度的距离测量方法的实施例一的工作原理结构示意图；

图3是根据本发明实施例所述的一种高精度的距离测量方法的工作原理图；

图中：

1、步进电机；2、位移平台；3、激光测距模块；4、靶体；5、待测目标。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种高精度的距离测量方法，包括以下步骤：

S1：将激光测距模块搭载于步进电机的直线运动位移平台上；

S2：调整位移平台移动方向垂直于靶体所在的平面，并将靶体粘贴在整平后的待测目标体表面；

S3：每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制；

S4：依次循环进行，记录所有的激光测距值和位移平台移动距离值；

S5：将位移平台移动数据与激光测距结果一起通过微控制电路的算法分析，具体公式为：S=D+a-n*（3a-a）/（b*（m-n）），其中，S为初始位置真实的测量距离值；D为激光测距模块初始时检测的距离值；a为激光测距模块实际精度；b为每次位移平台向前移动的长度；n为在距离值为D+a时的移动次数；m为距离值为D+3a时的移动次数；

S6：准确得出激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离。

在一具体实施例中，在步骤S1中，所述的激光测距模块为激光测距传感器。

在一具体实施例中，在步骤S3中，所述的每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制的具体步骤包括：

S3.1：当激光测距模块完成一次测量后，记录激光测距值和位移平台移动距离值；

S3.2：通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制。

在一具体实施例中，在步骤S6之后，还应包括如下步骤：

S7：将激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离通过外部接口进行显示或者通过无线模块发送到外部终端。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，本发明首先将激光测距传感器置于高精度步进电机的位移平台上，调整位移平台移动方向垂直于靶体所在的平面，靶体应有效粘贴在整平后的待测目标体表面；每次激光测距传感器完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制；依次循环进行，记录所有的激光测距值和位移平台移动距离值；将位移平台移动数据与激光测距成果数据进行算法分析，从而准确判断目标物相对位置的细小位移或形变。

具体方法为：

假设激光测距模块实际精度为a（mm）,每次位移平台向前移动长度b（mm）（步距），b远小于a,位移平台单次测量移动距离应超过3a（mm）；步进电机位移平台上的激光测距传感器从初始位置0位开始移动，此时激光测距模块按一定频率将测量的距离数据上传给微控制器，假设0位时检测到的距离为D（mm）,位移平台持续向前移动，激光测距模块不断反馈距离值为D+a（mm）时,记录此时位移平台的移动次数为n；进一步地测量，一直到激光测距模块不断反馈距离值为D+3a（mm）截止，记录下此时位移平台的移动次数为m；则初始位置真实的量测距离值S应为：S=D+a-n*(3a-a)/（b*（m-n））；其工作原理示意图如图3所示。

实施例一：

如图2所示，本发明的高精度激光测位方法由以下部件组成，包括激光测距传感器3、微控制电路、靶体4、步进电机1驱动的位移平台2、电机驱动器。

激光测距传感器将经过调制的激光束发射到粘贴于待测目标5的靶体上，靶体可以有效反射激光，激光测距传感器采用高精度的接收管采集到反射回来的信号并经过解调，通过测试发射和接收波形的相位差计算出距离目标物的距离。

固定在位移平台上的激光测距仪将测量数据反馈给微控制电路，微控制电路对激光测距模块的数据进行分析处理，计算出准确的激光测距传感器初始位置与靶体间的距离，并通过外部接口进行显示或者无线模块发送到其它终端；当目标体在激光光路方向上发生变形或者移位时，靶体会随着目标体变动，其直接导致激光测距传感器初始位置与靶体间的距离产生变化；通过本发明的装置进行完整测量，可以有效识别激光测距传感器初始位置与靶体间距离产生的微小变化量；步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的步距角，通过控制脉冲个数来控制角位移量，驱动轴承带动激光传感器高精度移动；电机驱动器用于接收微控制电路产生的脉冲信号、方向信号和速度信号，根据相应指令驱动步进电机转动，实现高精度的测距模块的前向后向移动。

综上所述，本发明基于高精度步距的步进电机及其位移平台上的激光测距传感器进行连续测距，通过算法拟合后可大幅度的提高激光测距精度；同时本发明采用非接触方法测量，方便测量；该测量方法仅通过带有微控制器的步进电机及搭载的激光测距仪组建的微调修正系统，具有成本小，实现简单，量测结果稳定可靠的特点；本发明整个系统结构尺寸小，可作为独立的传感器应用于自动化监测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高精度的距离测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将激光测距模块搭载于步进电机的直线运动位移平台上；

S2：调整位移平台移动方向垂直于靶体所在的平面，并将靶体粘贴在整平后的待测目标体表面；

S3：每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制；

S4：依次循环进行，记录所有的激光测距值和位移平台移动距离值；

S5：将位移平台移动数据与激光测距结果一起通过微控制电路的算法分析，具体公式为：S=D+a-n*（3a-a）/（b*（m-n）），其中，S为初始位置真实的测量距离值；D为激光测距模块初始时检测的距离值；a为激光测距模块实际精度；b为每次位移平台向前移动的长度；n为在距离值为D+a时的移动次数；m为距离值为D+3a时的移动次数；

S6：准确得出激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离。

2.根据权利要求1所述的一种高精度的距离测量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的激光测距模块为激光测距传感器。

3.根据权利要求1所述的一种高精度的距离测量方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的每次激光测距模块完成测量后，通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制的具体步骤包括：

S3.1：当激光测距模块完成一次测量后，记录激光测距值和位移平台移动距离值；

S3.2：通过控制器完成对步进电机完成单次步长的准确控制。

4.根据权利要求1所述的一种高精度的距离测量方法，其特征在于，在步骤S6之后，还应包括如下步骤：

S7：将激光测距模块初始位置至靶体间的准确距离通过外部接口进行显示或者通过无线模块发送到外部终端。

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