CN109405764A - 一种基于激光测距的变形自动监测系统 - Google Patents

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    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels

Abstract

本发明涉及一种基于激光测距的变形自动监测系统，包括激光发射器、激光接收器和数据采集芯片。本发明利用当前成熟的激光测距技术，对结构变形进行自动测量，克服了现有常见的基于人工读数的水准仪/全站仪测量法受测量人员主观影响较大的缺点、连通管测量法施工复杂的缺点、GPS测量法测试精度较低的缺点以及基于图像处理的位移测试法设备昂贵的缺点，更好地提升了变形监测的效果。本发明适用于桥涵、大坝、路基、隧道、边坡、房屋建筑等工程的长期变形监测。

Description

一种基于激光测距的变形自动监测系统
技术领域
本发明属于建筑行业中的健康监测技术领域，特别涉及一种基于激光测距的变形自动监测系统，用于自动测量观测点与基准点之间相对变形(竖向或水平向)，适用于桥涵、大坝、路基、隧道、边坡、房屋建筑等工程的变形监测。
背景技术
变形监测在现代路桥、建筑的施工和使用阶段应用广泛，如桥梁挠度监测、房屋沉降监测、地面沉降监测等。现有技术中，结构物和地面变形监测方法大致可分为以下4种：1)基于人工读数的水准仪/全站仪测量法2)连通管测量法3)GPS测量法4)基于数字图像处理的光电图像测试法。
基于人工读数的水准仪/全站仪测量法，即采用水准仪或全站仪通过人工读数得到结构的变形，该方法的测试精度受测量员主观人为影响较大，且不利于长期监测。
连通管测量法，即通过连通管内液位变化得到结构的变形量，该方法不受风雨和光照环境影响，但需埋置较长的连通管，施工复杂。
GPS测量法，即利用GPS卫星定位系统得到待测点的位移，测试精度较低，一般仅可达到厘米级，难以满足微小变形测量精度要求。
基于图像处理的位移测试法，即将专用光电靶标固定于结构被测点，通过光学成像系统将待测光信号传导至高精度CCD，利用计算机对靶标在CCD上成像中心坐标的变化进行计算，从而得到被测点产生的位移及其对时间的响应曲线。然而这种方法需要高精度摄像机和专业的计算图像分析软件，设备昂贵，无法用于结构长期变形监测。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于激光测距的变形自动监测系统，利用当前成熟的激光测距技术，对结构变形进行自动测量。原理简单，成本低廉，可用于桥涵、大坝、路基、隧道、边坡、房屋建筑等工程的长期变形监测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于激光测距的变形自动监测系统，包括激光发射器2、激光接收器5和数据采集芯片1，其中，所述激光发射器固定安装于基准点3上部，激光接收器5设置于观测点6上部，激光接收器5内部是阶梯状的激光接收面7，利用激光发射器2和激光接收器5测得激光发射点与激光接收面7的距离并存入数据采集芯片1，通过当前测得距离L1与初始测得距离L0得到观测点6的相对变形量H1。
所述初始测得距离L0是指基准点3和观测点6之间无相对变形时，激光发射点与激光接收面7之间的距离，所述相对变形量H1的计算公式为：H1＝(L0-L1)*h/(2l)，其中h是单个阶梯的高度，l是单个阶梯的长度。
所述激光发射器2与激光接收器5在同一水平线上安装。
所述相对变形量H1的计算在数据采集芯片1中完成。
所述数据采集芯片1将相对变形量H1记录并保存。
所述激光接收面7由透明材质制成。
所述阶梯状是指在激光发射方向上，自上而下，激光接收面7的长度呈阶梯下降，且阶梯面朝向激光发射器2。
与基于人工读数的水准仪/全站仪测量法相比，本发明测试精度高，不受人为主观读数影响，且适合长期监测，无需过多的人力；与连通管测量法相比，本发明的施工安装简便，无需埋置较长的连通管；与GPS测量法相比，本发明的精度高；与基于图像处理的位移测试法相比，本发明的成本低廉，无需过多的昂贵设备。
附图说明
图1是本发明整个系统的构成示意图。
图2是本发明的工作原理示意图。
图3是激光接收器的内部示意图。
图中标号：1为数据采集芯片、2为激光发射器、3为基准点、4为激光束、5为激光接收器、6为观测点、7为激光接收面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明提出了一种基于激光测距的变形自动监测系统，用于测量基准点3和观测点6之间相对变形，其由激光发射器2、激光接收器5和数据采集芯片1构成。
具体地，如图2和图3所示，激光发射器2固定安装在基准点3上部，激光发射器2连接带无线传输模块的数据采集芯片1。激光接收器5放置在观测点6上部，激光接收器5内部是具有阶梯状的激光接收面7。激光接收面7由透明材质制成，在激光发射方向上，自上而下，激光接收面7的长度呈阶梯下降，且阶梯面朝向激光发射器2。
激光发射器2发射激光束4到激光接收器5的激光接收面7上，即可测得激光发射点与激光接收面7的距离。当基准点3和观测点6之间无相对变形时，此时激光发射点与激光接收面7的初始距离为L0，当观测点6发生变形时，激光接收器5随之发生变形，从而激光接收面7会发生变化，此时激光发射点与激光接收面7的距离变为L1。通过L0与L1的差值，很容易利用几何关系求得观测点6的相对变形量H1。其计算公式如下：
H1＝(L0-L1)*h/(2l)
其中h是单个阶梯的高度，l是单个阶梯的长度。
在更具体的实施例1中，基准点3可以是桥墩上的基准点，观测点6在桥面上，当桥面发生竖向变形时，激光接收器5随之变形，从而激光发射点与激光接收面7之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片1处理，并转化为相应的变形值。最后通过芯片的无线传输模块将数据发送到监控室，作为桥梁健康监测的依据。
在更具体的实施例2中，基准点3可以是不动参考物上的基准点，观测点6在房屋的顶部，当房屋发生沉降时，激光接收器5随之变形，从而激光发射点与激光接收面7之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片1处理，并转化为相应的竖向变形值。最后通过芯片的无线传输模块将数据发送到监控室，作为房屋建筑的沉降监测的依据。
在更具体的实施例3中，基准点3可以是不动参考物上的基准点，观测点6在大坝的顶部，当大坝发生沉降时，激光接收器5随之变形，从而激光发射点与激光接收面7之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片1处理，并转化为相应的竖向变形值。最后通过芯片的无线传输模块将数据发送到监控室，作为大坝的健康监测的依据。
在更具体的实施例4中，基准点3可以是不动参考物上的基准点，观测点6在边坡的顶部，当边坡发生滑移时，激光接收器5随之变形，从而激光发射点与激光接收面7之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片1处理，并转化为相应的变形值。最后通过芯片的无线传输模块将数据发送到监控室，作为边坡的健康监测的依据。
在更具体的实施例5中，基准点3可以是不动参考物上的基准点，观测点6在路基上，当路基发生沉降时，激光接收器5随之变形，从而激光发射点与激光接收面7之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片1处理，并转化为相应的竖向变形值。最后通过芯片的无线传输模块将数据发送到监控室，作为路基的沉降监测的依据。
以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。

Claims (8)

1.一种基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，包括激光发射器(2)、激光接收器(5)和数据采集芯片(1)，其中，所述激光发射器固定安装于基准点(3)上部，激光接收器(5)设置于观测点(6)上部，激光接收器(5)内部是阶梯状的激光接收面(7)，利用激光发射器(2)和激光接收器(5)测得激光发射点与激光接收面(7)的距离并存入数据采集芯片(1)，通过当前测得距离L1与初始测得距离L0得到观测点(6)的相对变形量H1。
2.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述初始测得距离L0是指基准点(3)和观测点(6)之间无相对变形时，激光发射点与激光接收面(7)之间的距离，所述相对变形量H1的计算公式为：H1＝(L0-L1)*h/(2l)，其中h是单个阶梯的高度，l是单个阶梯的长度。
3.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述激光发射器(2)与激光接收器(5)在同一水平线上安装。
4.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述相对变形量H1的计算在数据采集芯片(1)中完成。
5.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述数据采集芯片(1)将相对变形量H1记录并保存。
6.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述激光接收面(7)由透明材质制成。
7.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述阶梯状是指在激光发射方向上，自上而下，激光接收面(7)的长度呈阶梯下降，且阶梯面朝向激光发射器(2)。
8.根据权利要求1所述基于激光测距的变形自动监测系统，其特征在于，所述基准点(3)为桥墩上的基准点，观测点(6)在桥面上，当桥面发生竖向变形时，激光接收器(5)随之变形，从而激光发射点与激光接收面(7)之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片(1)处理，并转化为相应的变形值，作为桥梁健康监测的依据；
或者，所述基准点(3)为不动参考物上的基准点，观测点(6)在房屋的顶部，当房屋发生沉降时，激光接收器(5)随之变形，从而激光发射点与激光接收面(7)之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片(1)处理，并转化为相应的竖向变形值，作为房屋建筑的沉降监测的依据。
或者，基准点(3)为不动参考物上的基准点，观测点(6)在大坝的顶部，当大坝发生沉降时，激光接收器(5)随之变形，从而激光发射点与激光接收面(7)之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片(1)处理，并转化为相应的竖向变形值，作为大坝的健康监测的依据；
或者，基准点(3)为不动参考物上的基准点，观测点(6)在边坡的顶部，当边坡发生滑移时，激光接收器(5)随之变形，从而激光发射点与激光接收面(7)之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片(1)处理，并转化为相应的变形值，作为边坡的健康监测的依据；
或者，基准点(3)为不动参考物上的基准点，观测点(6)在路基上，当路基发生沉降时，激光接收器(5)随之变形，从而激光发射点与激光接收面(7)之间的距离将会发生改变，该距离信号将被芯片(1)处理，并转化为相应的竖向变形值，作为路基的沉降监测的依据。
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