CN110332908A - 一种高精度激光反射式测倾装置及方法 - 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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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明属于测量技术领域，提供了一种高精度激光反射式测倾装置及方法，包括激光光源、小孔板、镜头组和激光反射接收器；其中激光反射接收器包括全反射棱镜组、石英丝、CCD模块投影屏和封闭外壳；激光光源、小孔板和镜头组依次排列，同轴设置于固定位置处；激光反射接收器固定于建筑结构上，全反射棱镜组通过石英丝固定在封闭外壳内；激光光源的入射光线经过全反射棱镜组的反射投射到CCD模块投影屏上，CCD模块投影屏固定在封闭外壳上。该侧倾装置中需要的设备简单，仅有激光光源、小孔板、透镜组、石英丝、全反射棱镜及CCD投影屏，因此可以有效降低本装置的费用。

Description

一种高精度激光反射式测倾装置及方法
技术领域
本发明属于测量技术领域，涉及到结构倾斜角度的测量技术，特别涉及一种高精度激光反射式的倾角测试装置及方法。
背景技术
在土木工程结构中，经常需要监测基坑、边坡、桥墩、楼体等建筑结构由于地基不均匀变形产生的倾角。常用的测斜仪按其工作原理有伺服加速度式、电阻应变片式、差动电容式、钢弦式等多种。比较常用的是伺服加速度式、电阻应变片式，伺服加速度式测斜仪精度较高，目前用的较多。目前市场上常用的测斜仪精度约为0.005mm/m，难以满足高精度的测量需要，且价位较高。
发明内容
针对目前现有的测斜仪精度难以满足精度要求且价位较高的现状，本发明提出了一种激光反射式的倾角测试装置及方法，能够实现建筑结构倾角的高精度测量，且价格相对较低。
本发明的技术方案：
一种高精度激光反射式测倾装置，包括激光光源1、小孔板2、镜头组3和激光反射接收器4；其中激光反射接收器4包括全反射棱镜组5、石英丝6、CCD模块投影屏7和封闭外壳8；激光光源1、小孔板2和镜头组3依次排列，同轴设置于固定位置处；激光反射接收器4固定于建筑结构上，全反射棱镜组5通过石英丝6固定在封闭外壳8内；激光光源1的入射光线经过全反射棱镜组5的反射投射到CCD模块投影屏7上，CCD模块投影屏7固定在封闭外壳8上。
一种高精度激光反射式测倾方法，步骤如下：
激光光源1、小孔板2和镜头组3放置在稳固不动的固定结构上，将激光反射接收器4安装在待测量的建筑结构上，激光光源1发射的激光通过小孔板2形成直径0.1mm的细光束，镜头组3调节焦距使光斑尽量小而清晰；激光反射接收器4中的全反射棱镜组5通过石英丝6与封闭外壳8固定，石英丝6保持全反射棱镜组5的方向不改变，封闭外壳8防止风对全反射棱镜组5的扰动；当结构发生倾斜时，顶部产生水平位移为d，全反射棱镜组5也随之产生水平位移d；激光光源1的位置没有改变，所以入射光线的路径9没有变，但是全反射棱镜组5移动后，反射光的光程10发生了改变，到达CCD模块投影屏7的位置与原始位置的距离为2d，相当于建筑结构测点位移被放大了一倍，在激光反射接收器4上设有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；CCD模块投影屏7像素的精度达到0.02mm，再结合固定点O和激光反射接收器4安装固定点A的距离计算出高精度的倾斜角度。
发明的有益效果：
1)由于本发明将结构倾斜前后反射棱镜位移变化进行了两倍的放大，且采用高像素的CCD投影屏进行光斑变位识别，因此提高了测量的精度，可以精确到0.001mm/m。
2)该侧倾装置中需要的设备简单，仅有激光光源、小孔板、透镜组、石英丝、全反射棱镜及CCD投影屏，因此可以有效降低本装置的费用。
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是一种高精度激光反射式倾角测量的示意图。
图中：1激光光源；2小孔板；3镜头组；4激光反射接收器；5全反射棱镜组；6石英丝；7CCD模块投影屏；8封闭外壳；9结构未倾斜时的光线；10结构倾斜后的光线。
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引起的桥墩倾角。
具体测量的方法是：在测量桥墩位置处设置固定激光光源1(即使此处由于基坑开挖引起沉降也没关系，并不会影响激光光束的直线传播)、小孔板2和镜头组3，激光反射接收器安装在需要观测可能发生倾斜的桥墩靠近墩顶的位置。初始状态激光光源1穿过小孔板小孔和镜头组3，经过全反射棱镜5反射后投射到CCD模块投影屏7上。当建筑结构发生倾斜时，测点A处产生水平位移为d，全反射棱镜组5也随之产生水平位移d，棱镜移动后，激光反射光的光程10发生了改变，到达CCD投影屏的位置与原始位置的距离为2d，当于建筑结构测点位移被放大了一倍。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，再根据桥墩顶部测点距离墩底固定点O的距离可以计算出该桥墩高精度的倾斜角度。

Claims (2)

1.一种高精度激光反射式测倾装置，其特征在于，所述的高精度激光反射式测倾装置包括激光光源(1)、小孔板(2)、镜头组(3)和激光反射接收器(4)；其中激光反射接收器(4)包括全反射棱镜组(5)、石英丝(6)、CCD模块投影屏(7)和封闭外壳(8)；激光光源(1)、小孔板(2)和镜头组(3)依次排列，同轴设置于固定位置处；激光反射接收器(4)固定于建筑结构上，全反射棱镜组(5)通过石英丝(6)固定在封闭外壳(8)内；激光光源(1)的入射光线经过全反射棱镜组(5)的反射投射到CCD模块投影屏(7)上，CCD模块投影屏(7)固定在封闭外壳(8)上。
2.一种高精度激光反射式测倾方法，其特征在于，步骤如下：
激光光源(1)、小孔板(2)和镜头组(3)放置在稳固不动的固定结构上，将激光反射接收器(4)安装在待测量的建筑结构上，激光光源(1)发射的激光通过小孔板(2)形成直径0.1mm的细光束，镜头组(3)调节焦距使光斑尽量小而清晰；激光反射接收器(4)中的全反射棱镜组(5)通过石英丝(6)与封闭外壳(8)固定，石英丝(6)保持全反射棱镜组(5)的方向不改变，封闭外壳(8)防止风对全反射棱镜组(5)的扰动；当结构发生倾斜时，顶部产生水平位移为d，全反射棱镜组(5)也随之产生水平位移d；激光光源(1)的位置没有改变，所以入射光线的路径9没有变，但是全反射棱镜组(5)移动后，反射光的光程10发生了改变，到达CCD模块投影屏(7)的位置与原始位置的距离为2d，相当于建筑结构测点位移被放大了一倍，在激光反射接收器(4)上设有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；CCD模块投影屏(7)像素的精度达到0.02mm，再结合固定点O和激光反射接收器(4)安装固定点A的距离计算出高精度的倾斜角度。
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