CN108426560B - 一种高支模沉降监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高支模沉降监测装置及其监测方法，其中装置包括控制装置、激光发射器、振镜组件、伺服电机以及光电元件；激光发射器用于发射激光束，振镜组件设置在激光束的光路上，激光束经振镜组件偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部，并在模板底部形成扫描区域，出射激光经模板底部后形成反射激光，光电元件设置在所述反射激光的光路上，伺服电机用于驱动所述振镜组件偏转；控制装置计算模板底部的沉降量；该装置能够有效的监测高支模内部的模板的沉降情况，安装简单方便，无需设置基点，更不用爬上支模支撑架设置反光镜，操作方式上更加安全。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种高支模沉降监测装置及监测方法。
背景技术
高支模坍塌事故历来较多，在工程建设事故中占有较大的比例，且伤亡率较高。因此，对高支模进行监测具有重要的现实意义。保障高支模安全的主要手段是在高支模进行混凝土浇筑时及浇筑后一段时间内对高支模各部件进行变形监测。
高支模安全监测系统中，模板沉降为防止坍塌事故的重要监测参数。目前主要的监测方法是在远离施工影响范围以外的地方建立可靠的基准点，再通过光学仪器测量监测点与基准点的位移差变化来测得模板竖向沉降变化。此类方法常受到高支模支撑所遮挡，监测点的选择具有较大的局限性，无法实现高支模体系内部模板的沉降监测。并且，在一定范围内，若监测点与该区域的最大沉降位置有差距，则会导致监测数据与实际最大沉降值之间产生几毫米的误差，这在高支模系统安全监测中也许是致命的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的高支模沉降量测量误差大的问题，提出一种高支模沉降监测装置及监测方法，能够有效提高高支模沉降量测量的准确性。
一种高支模沉降监测装置，包括控制装置、激光发射器、振镜组件、伺服电机以及光电元件；
所述激光发射器、伺服电机以及光电元件与所述控制装置连接；
所述激光发射器用于发射激光束，所述振镜组件设置在所述激光束的光路上，所述激光束经所述振镜组件偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部，并在模板底部形成扫描区域，所述出射激光经所述模板底部后形成反射激光，所述光电元件设置在所述反射激光的光路上，所述伺服电机用于驱动所述振镜组件偏转；
所述控制装置用于控制所述激光发射器按照预设频率发射激光束并记录发射时间，控制所述伺服电机驱动所述振镜组件偏转，控制所述光电元件接收反射激光并记录反射激光的接收时间，根据振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板底部的沉降量。
进一步地，所述振镜组件包括上下间隔设置的第一振镜和第二振镜。
进一步地，所述高支模沉降监测装置还包括通信模块和终端计算机，所述通信模块与所述终端计算机通信连接；
所述通信模块与所述控制装置连接，用于将所述沉降量发送至所述终端计算机进行显示。
进一步地，所述高支模沉降监测装置还包括电源模块，所述控制装置、伺服电机、激光发射器、光电元件以及通信模块均与所述电源模块连接。
一种高支模沉降监测方法，采用上述的高支模沉降监测装置进行监测，所述方法包括：
控制装置控制激光发射器按照预设频率发射激光束并记录发射时间；
控制装置控制伺服电机驱动所述振镜组件偏转，使得激光束经所述振镜组件偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部形成扫描区域，所述出射激光经所述模板底部形成反射激光；
控制装置控制所述光电元件接收所述反射激光，并记录接收时间；
所述控制装置根据所述振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板底部的沉降量。
进一步地，所述控制装置根据所述振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板的沉降量，包括：
根据所述振镜组件的偏转角度计算扫描区域内扫描点坐标；
根据所述扫描点坐标计算反射激光的出射角度；
根据所述出射角度、发射时间和接收时间计算所述扫描点与出射激光的出射点之间的垂直距离；
根据所述垂直距离计算沉降量。
进一步地，所述振镜组件包括上下间隔设置的第一振镜和第二振镜；
所述扫描点坐标根据以下公式进行计算：
其中，a为第一振镜和第二振镜的垂直距离，b为振镜组件在初始位置时模板底部到出射激光的出射点之间的距离，θx为第一振镜的偏转角度，θy为第二振镜的偏转角度。
进一步地，所述出射角度根据以下公式进行计算：
其中，为出射角度，b为振镜组件在初始位置时模板底部到出射激光的出射点之间的距离，x,y为扫描点坐标。
进一步地，所述垂直距离根据以下公式进行计算：
其中，Z为垂直距离，C为激光束在空气中的传播速度，Δt接收时间和发射时间的时间差，为出射角度。
进一步地，所述沉降量通过以下公式进行计算：
Z”＝Z'-Z； (4)
其中，Z”为沉降量，Z为实时监测到的垂直距离，Z'为初始垂直距离。
本发明提供的高支模沉降监测装置及监测方法，至少包括如下有益效果：
能够有效的监测高支模内部的模板的沉降情况，安装简单方便，无需设置基点，更不用爬上支模支撑架设置反光镜，操作方式上更加安全。
激光测距精度较高，能够有效提高监测的准确性，监测时，监测点为监测区域内均布的点，相较于单点监测，能有效的减少监测数据与模板最大沉降值之间的误差，采用通信模块与终端计算机连接，可以实现远程监测预警。
附图说明
图1为本发明提供的高支模沉降监测装置一种实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的高支模沉降监测装置一种实施例的工作原理示意图。
图3为本发明提供的高支模沉降监测方法一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参考图1，本实施例提供一种高支模沉降监测装置，包括控制装置101、激光发射器102、振镜组件103、伺服电机104以及光电元件105；
激光发射器102、伺服电机104以及光电元件105与控制装置101连接；
激光发射器102用于发射激光束，振镜组件103设置在激光束的光路上，激光束经振镜组件偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部100，并在模板底部100形成扫描区域A，出射激光经模板底部100后形成反射激光，光电元件105设置在反射激光的光路上，伺服电机104用于驱动振镜组件偏转；
控制装置101用于控制激光发射器102按照预设频率发射激光束并记录发射时间，控制伺服电机104驱动振镜组件103偏转，控制光电元件105接收反射激光并记录反射激光的接收时间，根据振镜组件103的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板底部的沉降量。
参考图2，振镜组件103包括上下间隔设置的第一振镜1031和第二振镜10332，伺服电机104与第一振镜1031以及第二振镜1032连接。
作为一种优选的实施方式，本实施例提供的高支模沉降监测装置还包括通信模块106和终端计算机107，通信模块106与终端计算机107通信连接，通信模块106与控制装置101连接，用于将沉降量发送至所述终端计算机进行显示。
进一步地，本实施例提供的高支模沉降监测装置还包括电源模块108，控制装置101、伺服电机104、激光发射器102、光电元件105以及通信模块106均与电源模块108连接。电源模块108用于为控制装置101、伺服电机104、激光发射器102、光电元件105以及通信模块106提供电能。
具体地，开始监测之前，预先选定高支模的模板底部的监测区域并使振镜组件103在初始位置时测定模板底部到激光出射点的距离，输入该距离设定扫描区域以及扫描区域内的扫描点的间距，形成扫描点集，本实施例提供的高支模沉降监测装置放在监测区域的下面进行试监测，观察扫描点是否都在监测区域内，由此调整监测装置的摆放位置。
开始监测后，控制装置101控制激光发射器102按照预设频率发射激光束并记录发射时间，并通过伺服电机控制振镜组件103偏转，改变振镜组件的旋转角度，激光束经振镜组件103偏转后形成出射激光照射到高支模的模板底部，并在模板底部形成扫描区域，在一个周期内，扫描区域A内的每个扫描点都会有一束激光束照射，各扫描点各激光照射先后时间按一定顺序排列。出射激光经模板底部后形成反射激光，光电元件105接收该反射激光并将感应信号发送至控制装置101，控制装置101记录反射激光的接收时间，根据振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板底部的沉降量，之后将沉降量通过通信模块106发送至终端计算机进行显示。
具体的监测方法请参考实施例二。
本实施例提供的高支模沉降监测装置，能够有效的监测高支模内部的模板的沉降情况，安装简单方便，无需设置基点，更不用爬上支模支撑架设置反光镜，操作方式上更加安全。
实施例二
参考图1-图3，本实施例提供一种高支模沉降监测方法，采用如实施例一所述的高支模沉降监测装置进行监测，所述方法包括：
步骤S1，控制装置101控制激光发射器102按照预设频率发射激光束并记录发射时间；
步骤S2，控制装置101控制伺服电机104驱动振镜组件103偏转，使得激光束经振镜组件103偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部100形成扫描区域，出射激光经模板底部形成反射激光；
步骤S3，控制装置101控制光电元件105接收反射激光，并记录接收时间；
步骤S4，控制装置101根据振镜组件103的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板的沉降量。
具体地，步骤S4中，控制装置101根据所述振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板的沉降量，包括：
根据所述振镜组件的偏转角度计算扫描区域内扫描点坐标；
根据所述扫描点坐标计算反射激光的出射角度；
根据所述出射角度、发射时间和接收时间计算所述扫描点与出射激光的出射点之间的垂直距离；
根据所述垂直距离计算沉降量。
进一步地，振镜组件包括上下间隔设置的第一振镜1031和第二振镜1032；振镜组件在初始位置时，激光的出射角度为0，设振镜组件在初始位置时出射激光照射在模板底部的点为原点，水平面为XOY面，竖直朝上为Z轴正方向，建立三位直角坐标系，则扫描点坐标根据以下公式进行计算：
其中，a为第一振镜和第二振镜的垂直距离，b为振镜组件在初始位置时模板底部到出射激光的出射点之间的距离，θx为第一振镜的偏转角度，θy为第二振镜的偏转角度。
进一步地，解算出扫描点坐标后，控制装置根据该扫描点坐标以及振镜组件的偏转角度计算出射激光的出射角度，所述出射角度根据以下公式进行计算：
其中，为出射角度，b为振镜组件在初始位置时模板底部到出射激光的出射点之间的距离，x,y为扫描点坐标。
进一步地，控制装置控制光电元件接收反射激光，记录反射激光的接收时间，根据出射角度和接收时间，计算扫描点和激光出射点的垂直距离，该垂直距离根据以下公式进行计算：
其中，Z为垂直距离，C为激光束在空气中的传播速度，Δt接收时间和发射时间的时间差，为出射角度。
进一步地，所述沉降量通过以下公式进行计算：
Z”＝Z'-Z； (4)
其中，Z”为沉降量，Z为实时监测到的垂直距离，Z'为初始垂直距离。
之后通过通信模块将沉降量发送至终端计算机进行显示，完成监测数据的可视化。
本实施例提供的高支模沉降监测方法，能够很好的实现高支模的模板监测区域的沉降监测，激光测距精度较高，能够有效提高监测的准确性，监测时，监测点为监测区域内均布的点，相较于单点监测，能有效的减少监测数据与模板最大沉降值之间的误差，采用通信模块与终端计算机连接，可以实现远程监测预警。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种高支模沉降监测方法，其特征在于，所述方法包括：控制装置、激光发射器、振镜组件、伺服电机以及光电元件；
控制装置控制激光发射器按照预设频率发射激光束并记录发射时间；
控制装置控制伺服电机驱动所述振镜组件偏转，使得激光束经所述振镜组件偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部形成扫描区域，所述出射激光经所述模板底部形成反射激光；
控制装置控制所述光电元件接收所述反射激光，并记录接收时间；
所述控制装置根据所述振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板底部的沉降量；
所述控制装置根据所述振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板的沉降量，包括：
根据所述振镜组件的偏转角度计算扫描区域内扫描点坐标；
根据所述扫描点坐标计算反射激光的出射角度；
根据所述出射角度、发射时间和接收时间计算所述扫描点与出射激光的出射点之间的垂直距离；
根据所述垂直距离计算沉降量；
所述振镜组件包括上下间隔设置的第一振镜和第二振镜；
所述扫描点坐标根据以下公式进行计算：
其中，a为第一振镜和第二振镜的垂直距离，b为振镜组件在初始位置时模板底部到出射激光的出射点之间的距离，θx为第一振镜的偏转角度，θy为第二振镜的偏转角度；
所述出射角度根据以下公式进行计算：
其中，为出射角度，b为振镜组件在初始位置时模板底部到出射激光的出射点之间的距离，x,y为扫描点坐标；
所述垂直距离根据以下公式进行计算：
其中，Z为垂直距离，C为激光束在空气中的传播速度，Δt接收时间和发射时间的时间差，为出射角度；
所述沉降量通过以下公式进行计算：
Z”＝Z'-Z；(4)
其中，Z”为沉降量，Z为实时监测到的垂直距离，Z'为初始垂直距离。
2.一种高支模沉降监测装置，其特征在于，采用权利要求1所述的高支模沉降监测方法，
所述激光发射器、伺服电机以及光电元件与所述控制装置连接；
所述激光发射器用于发射激光束，所述振镜组件设置在所述激光束的光路上，所述激光束经所述振镜组件偏转后形成出射激光照射至高支模的模板底部，并在模板底部形成扫描区域，所述出射激光经所述模板底部后形成反射激光，所述光电元件设置在所述反射激光的光路上，所述伺服电机用于驱动所述振镜组件偏转；
所述控制装置用于控制所述激光发射器按照预设频率发射激光束并记录发射时间，控制所述伺服电机驱动所述振镜组件偏转，控制所述光电元件接收反射激光并记录反射激光的接收时间，根据振镜组件的偏转角度、激光束的发射时间以及反射激光的接收时间计算模板底部的沉降量；
所述振镜组件包括上下间隔设置的第一振镜和第二振镜。
3.根据权利要求2所述的高支模沉降监测装置，其特征在于，所述高支模沉降监测装置还包括通信模块和终端计算机，所述通信模块与所述终端计算机通信连接；
所述通信模块与所述控制装置连接，用于将所述沉降量发送至所述终端计算机进行显示。
4.根据权利要求3所述的高支模沉降监测装置，其特征在于，所述高支模沉降监测装置还包括电源模块，所述控制装置、伺服电机、激光发射器、光电元件以及通信模块均与所述电源模块连接。
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