CN110319777A - 一种高精度远程测变位的多次反射式测量装置及方法 - Google Patents

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檀永刚
王骞
孙长森
张哲�
谭岩斌
耿铁锁
葛瑞海
李毅
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Abstract

本发明属于测量技术领域，提供了一种高精度远程测变位的多次反射式测量装置及方法。该装置包括激光光源和激光反射接收器，激光反射接收器包括目标测量靶、斜置平面反射镜、正置平面反射镜以及投影屏。本装置可以进行远程测量，当建筑结构发生沉降时，其附近的地面也会有一定程度的沉降，因此无法找到附近地面的不动点，而本发明可以将不动点设在建筑结构沉降影响区以外的地方进行远程观测。

Description

一种高精度远程测变位的多次反射式测量装置及方法
技术领域
本发明属于测量技术领域，涉及到位移或变形的测量技术，特别涉及一种适合长期监测使用的高精度远程变位测量装置及方法。
背景技术
在土木工程结构中，经常需要监测结构的变形或位移。常用的监测仪器有：GPS系统、全站仪、高精度水准仪、电阻式位移计、激光位移计、百分表、千分表等。其中GPS系统、全站仪、高精度水准仪可以用来进行远距离的变位监测，但GPS系统和全站仪能够达到的测量精度通常只有5mm左右，难以满足高精度的测量需要；高精度水准仪的测量精度理论上可以精确到0.2mm，但整个测量周期内需要多次架设仪器，操作人员每次架设测量仪器的偶然误差会超过0.2mm，继而无法保证长期监测的精度。电阻式位移计、激光位移计、百分表、千分表等仪器仪表的测量精度很高，通常可以达到0.001～0.01mm，但是这些设备只能做近距离的测量，无法实现远程监测，而且只能测相对变位，例如某桥梁或建筑结构发生基础沉降，则附近的地基土都会随之下沉，仅测量相对位移是不能准确地反应基础的实际沉降量的。
发明内容
针对目前现有的结构变位测量装置在长期监测过程中难以满足精度要求的现状，本发明提出了一种高精度远程测变位的多次反射式测量装置及测量方法，能够实现结构变位的远距离长期观测，又能够达到超过传统的远程测量仪器测量精度的要求。
本发明的技术方案：
一种高精度远程测变位的多次反射式测量装置，包括激光光源1和激光反射接收器2，其中激光反射接收器2主要由目标测量靶3、斜置平面反射镜4、正置平面反射镜5以及投影屏6组成；激光光源1设置于固定位置处，激光反射接收器2固定于建筑结构7上，目标测量靶3为在激光反射接收器2内的正置平面反射镜5上的一个小孔板；激光光源1和目标测量靶3的中心轴处于同一直线上；斜置平面反射镜4固定在激光反射接收器2内，其与垂直方向呈一定夹角θ；斜置平面反射镜4与正置平面反射镜5相对布置在激光反射接收器2内；投影屏6固定在正置平面反射镜5上，其上设有CCD感光模块。
一种高精度远程测变位的多次反射式测量方法，步骤如下：
激光光源1放置在稳固不动的结构上，将激光反射接收器2安装在待测量的建筑结构7上，激光反射接收器2中的目标测量靶3是一个小孔板，激光光源1的激光束通过目标测量靶3的小孔投射到斜置平面反射镜4上，再反射至正置平面反射镜5上，往复多次反射后投射到投影屏6上；当建筑结构7发生位移时，激光反射接收器2和目标测量靶3也发生相同的位移，则激光束通过小孔时的方向发生偏转，往复多次反射后再投射到投影屏6时的偏转距离被放大；投影屏6处设有CCD感光模块，将光信号转换成电信号，记录光斑的坐标变化量，再根据激光光源1到达目标测量靶3的距离，目标测量靶3到斜置平面反射镜4的距离，反射次数以及斜置平面反射镜4的倾角得出建筑结构7实际的位移量。
本发明的有益效果：
1)可以进行远程测量，当建筑结构发生沉降时，其附近的地面也会有一定程度的沉降，因此无法找到附近地面的不动点，而本发明可以将不动点(激光光源)设在建筑结构沉降影响区以外的地方进行远程观测。
2)由于本发明利用光线在成一定角度的平面反射镜之间反射的过程中，反射角被不断放大的特性，并且放大的倍数与反射的次数成正比，可以将建筑结构的微小位移放大后进行测量，因此提高了测量的精度，可以精确到0.02mm～0.05mm。
3)激光光源、激光反射接收器均可以长期固定，从而消除人工安装仪器设备产生的误差。
附图说明
图1是一种高精度远程测变位的多次反射式测量的示意图。
图中：1激光光源；2激光反射接收器；3目标测量靶；4斜置平面反射镜；5正置平面反射镜；6投影屏；7建筑结构。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。
某连续梁桥跨径为40m+40m+40m+40m+40m，宽25m。在该距离桥墩附近15m处修建地铁，采用明挖法施工，需要精确地监测地铁施工对桥墩的影响。
具体测量的方法是：在地铁施工影响区以外设置激光光源1，激光反射接受器2安装在需要观测的可能发生沉降的桥墩上。初始情况激光光源1穿过目标测量靶3的小孔，经斜置平面反射镜4，正置平面反射镜5的多次反射后投影在投影屏6上；当桥墩发生沉降时，激光束通过小孔时的方向将发生偏转，经过斜置平面反射镜4，正置平面反射镜5的多次反射后，再投射到投影屏时的偏转距离将被放大。投影屏处的CCD感光模块将光信号转换成电信号，记录光斑的坐标变化量，再根据激光光源1到达桥墩目标测量靶3的距离，目标测量靶3到斜置平面反射镜4的距离，斜置平面反射镜4的倾角以及反射次数得出建筑结构7实际的位移量。

Claims (2)

1.一种高精度远程测变位的多次反射式测量装置，其特征在于，所述的多次反射式测量装置包括激光光源(1)和激光反射接收器(2)，其中激光反射接收器(2)主要由目标测量靶(3)、斜置平面反射镜(4)、正置平面反射镜(5)以及投影屏(6)组成；激光光源(1)设置于固定位置处，激光反射接收器(2)固定于建筑结构(7)上，目标测量靶(3)为在激光反射接收器(2)内的正置平面反射镜(5)上的一个小孔板；激光光源(1)和目标测量靶(3)的中心轴处于同一直线上；斜置平面反射镜(4)固定在激光反射接收器(2)内，其与垂直方向呈一定夹角θ；斜置平面反射镜(4)与正置平面反射镜(5)相对布置在激光反射接收器(2)内；投影屏(6)固定在正置平面反射镜(5)上，其上设有CCD感光模块。
2.一种高精度远程测变位的多次反射式测量方法，其特征在于，步骤如下：
激光光源(1)放置在稳固不动的结构上，将激光反射接收器(2)安装在待测量的建筑结构(7)上，激光反射接收器(2)中的目标测量靶(3)是一个小孔板，激光光源(1)的激光束通过目标测量靶(3)的小孔投射到斜置平面反射镜(4)上，再反射至正置平面反射镜(5)上，往复多次反射后投射到投影屏(6)上；当建筑结构(7)发生位移时，激光反射接收器(2)和目标测量靶(3)也发生相同的位移，则激光束通过小孔时的方向发生偏转，往复多次反射后再投射到投影屏(6)时的偏转距离被放大；投影屏(6)处设有CCD感光模块，将光信号转换成电信号，记录光斑的坐标变化量，再根据激光光源(1)到达目标测量靶(3)的距离，目标测量靶(3)到斜置平面反射镜(4)的距离，反射次数以及斜置平面反射镜(4)的倾角得出建筑结构(7)实际的位移量。
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