CN110146056A - 一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法 - Google Patents

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林学春
杨盈莹
杨松
许本有
张勇
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法，该远程精密测量地基垂直位移的装置沿光路依次包括激光光源、第一反射镜、第二反射镜、聚焦透镜和电荷耦合器件，其中：第一反射镜和第二反射镜为45°反射镜，第一反射镜接收由激光光源发射的水平光线，并将该水平光线在水平面上沿顺时针方向改变90°并反射至第二反射镜，第二反射镜将该水平光线在水平面上沿顺时针方向再次改变90°并反射至聚焦透镜，聚焦透镜将该水平光线聚焦至电荷耦合器件的接收屏，在接收屏上得到一光斑，实现屏上成像。本发明提供的一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法，能够精确测量地基垂直方向的位移，降低测量难度。

Description

一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法
技术领域
本发明属于光学精密测量领域，具体涉及一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法。
背景技术
目前铁路、公路和桥梁的建设对地基稳定性的控制提出了越来越高的要求，特别是高速铁路的建设标准和技术要求往往比一般铁路高得多，为了保障高速行车的平稳和安全，高速铁路必须保证轨道具有高的稳定性。而地基的垂直位移会导致铁轨弯曲、甚至路面断裂，给交通和建筑安全带来较大的隐患。本发明提供一种远程精密测量地基垂直位移的方法，能够精确测量地基垂直方向的位移。
通常的方法将激光光源直接放置在待测平面上，而激光光源需要保持温度相对恒定和提供电源(或者定期更换电池)，这给施工带来难度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法，解决激光光源需要直接放置在待测平面进而给施工带来难度的问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法，该装置沿光路依次包括激光光源、第一反射镜、第二反射镜、聚焦透镜和电荷耦合器件(CCD)，其中：
第一反射镜和第二反射镜为45°反射镜，第一反射镜接收由激光光源发射的水平光线，并将该水平光线在水平面上沿顺时针方向改变90°并反射至第二反射镜，第二反射镜将该水平光线在水平面上沿顺时针方向再次改变90°并反射至聚焦透镜，聚焦透镜将该水平光线聚焦至CCD的接收屏，在接收屏上得到一光斑，实现屏上成像。
其中，所述激光光源、第二反射镜、聚焦透镜和CCD的接收屏均位于固定的参考平面上；所述第一反射镜固定于待测路基上；
其中，所述聚焦透镜焦距为f；所述聚焦透镜与所述CCD的接收屏之间的距离为s，且s＜f。
本发明还提供了基于所述的装置进行远程精密测量地基垂直位移的方法，包括：
路基发生垂直位移d后，调整聚焦透镜的位置，在CCD的接收屏上得到一光斑；
读取路基发生垂直位移后在CCD的接收屏上得到的光斑与路基发生垂直位移前在CCD的接收屏上得到的光斑之间的位移d′；
计算得到待测路基的垂直位移距离d。
其中，在所述计算得到待测路基的垂直位移距离d步骤中，采用的公式为d＝d′(f-s)/f，其中，f为聚焦透镜焦距；s为聚焦透镜与CCD的接收屏的距离。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法通过待测平面上安装一反射镜，解决了激光光源直接放置在待测平面的问题，优化测量，并且确保测量的精度。
附图说明
图1是本发明提出的一种远程精密测量地基垂直位移的装置的总体图；
图2为本发明提出的一种远程精密测量地基垂直位移的装置中，光线经过聚焦透镜和CCD接收屏的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种远程精密测量地基垂直位移的装置及方法，如图1所示，该装置沿光路依次包括激光光源、第一反射镜、第二反射镜、聚焦透镜和CCD，其中：
第一反射镜和第二反射镜为45°反射镜，第一反射镜接收由激光光源发射的水平光线，并将该水平光线在水平面上沿顺时针方向改变90°并反射至第二反射镜，第二反射镜将该水平光线在水平面上沿顺时针方向再次改变90°并反射至聚焦透镜，聚焦透镜将该水平光线聚焦至CCD的接收屏，在接收屏上得到一光斑，实现屏上成像。
其中，激光光源、第二反射镜、聚焦透镜和CCD的接收屏均位于固定的参考平面上；第一反射镜固定于待测路基上。
其中，聚焦透镜焦距为f；聚焦透镜与所述CCD的接收屏的距离为s，且s＜f。
基于图1所示的远程精密测量地基垂直位移的装置，本发明还提供了一种远程精密测量地基垂直位移的方法，结合图1，该测量方法包括：
路基发生垂直位移d后，调整聚焦透镜的位置，在CCD的接收屏上得到一光斑；
读取路基发生垂直位移后在CCD的接收屏上得到的光斑与路基发生垂直位移前在CCD的接收屏上得到的光斑之间的位移d′；
计算得到待测路基的垂直位移距离d。
其中，在计算得到待测路基的垂直位移距离d步骤中，采用的公式为d＝d′(f-s)/f，其中，f为聚焦透镜焦距；s为聚焦透镜与CCD的接收屏的距离。
优选的，根据本发明的一实施例，当待测路基发生垂直位移后，第一反射镜1移动至第一反射镜1′处，此时光线如图1中虚线所示。
当待测路基发生垂直位移距离为d时，第一反射镜1发生垂直位移距离d，如图2所示，经过聚焦透镜后，在CCD的接收屏上，由于聚焦透镜的聚焦作用，实线与虚线在CCD的接收屏上的光斑的距离为d′。
如图2所示，根据相似三角形关系可知：d/d′＝(f-s)/f，其中，d′由CCD接收屏上的光斑移动位置直接读出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种远程精密测量地基垂直位移的装置，该装置沿光路依次包括激光光源、第一反射镜、第二反射镜、聚焦透镜和电荷耦合器件，其中：
第一反射镜和第二反射镜为45°反射镜，第一反射镜接收由激光光源发射的水平光线，并将该水平光线在水平面上沿顺时针方向改变90°并反射至第二反射镜，第二反射镜将该水平光线在水平面上沿顺时针方向再次改变90°并反射至聚焦透镜，聚焦透镜将该水平光线聚焦至电荷耦合器件的接收屏，在接收屏上得到一光斑，实现屏上成像。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光光源、第二反射镜、聚焦透镜和电荷耦合器件的接收屏均位于固定的参考平面上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一反射镜固定于待测路基上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚焦透镜焦距为f；所述聚焦透镜与所述电荷耦合器件的接收屏之间的距离为s，且s＜f。
5.一种基于权利要求1至4中任一项所述的装置进行远程精密测量地基垂直位移的方法，包括：
路基发生垂直位移d后，调整聚焦透镜的位置，在电荷耦合器件的接收屏上得到一光斑；
读取路基发生垂直位移后在电荷耦合器件的接收屏上得到的光斑与路基发生垂直位移前在电荷耦合器件的接收屏上得到的光斑之间的位移d′；
根据光斑之间的位移d′，计算得到待测路基的垂直位移距离d。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述计算得到待测路基的垂直位移距离d步骤中，采用的公式为d＝d′(f-s)/f，其中，f为聚焦透镜焦距；s为聚焦透镜与电荷耦合器件的接收屏之间的距离。
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