CN115047480A - 一种用于浑浊水域的水下激光测距系统 - Google Patents

一种用于浑浊水域的水下激光测距系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于浑浊水域的水下激光测距系统，第一激光测距仪和第二激光测距仪安装在竖向移动机构的运动单元上并处于同一检测平面，反射板位于第二激光测距仪的检测方向上并且距离第二激光测距仪的初始位置为已知设定距离S0；竖向移动机构位移检测单元，用于检测两激光测距仪的实时移动量；工作时，竖向移动机构使两激光测距仪自起始位置向上运动，在运动过程中，将两激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1与第二激光测距仪检测的到反射板的实时测量距离S2之和S1+S2与S0相比较，当S1+S2与S0之间的差值在设定阈值范围内时，认为激光测距仪当前位置已经脱离浑浊水域，此时，启动第一激光测距仪，在不受浑浊水域影响的情况下准确进行水下测距。

Description

一种用于浑浊水域的水下激光测距系统
技术领域
本发明属于水下测距技术领域，具体涉及一种用于浑浊水域的水下激光测距系统。
背景技术
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定（又称激光测距）的仪器。激光测距仪具有重量轻、体积小、操作简单、测距速度快而准确等特点，进而被广泛应用于工业测控、矿山、港口等多个领域。
激光测距仪已广泛应用于陆上精密测距，而对于水下比较复杂的环境，尤其是在比较浑浊的水域，例如使用振动锤施工后的水域，水体浑浊，且浑浊度成放射状，由中心源头向四周浑浊度依次降低，使用激光测距仪的时候容易造成测量错误。振动锤（Vibrationpile hammer）是一种通电后产生强大激振力将物体打入地下的一种设备。利用电动机带动成对偏心块作相反的转动，使它们所产生的横向离心力相互抵消，而垂直离心力则相互叠加，通过偏心轮的高速转动使齿轮箱产生垂直的上下振动，从而达到沉桩的目的。
在振动锤工作过程中使用激光测距仪测距，振动锤工作是震-停-震-停的模式，在停止震动期间，用激光测距仪测量振动锤到水面的距离，进而计算得出地基是否在预设的高程值范围内。振动锤在水下工作，水深在30米左右，在振动锤工作过程中，由于震动土体会使水体变浑浊，一般浑浊区域小于5米，水体浑浊对激光测距准确度造成很大影响。因此需要一种能够在浑浊水域准确进行水下激光测距的系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于浑浊水域的水下激光测距系统，该系统能够有效的解决振动锤上方存在浑浊水域遮挡的技术问题，在不受浑浊水域影响的情况下准确的进行水下激光测距。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于浑浊水域的水下激光测距系统，包括：竖向移动机构、第一激光测距仪、第二激光测距仪、反射板、竖向移动机构位移检测单元和控制器单元；
所述第一激光测距仪和第二激光测距仪安装在竖向移动机构的运动单元上，能够随运动单元同步调整竖向位置；第一激光测距仪和第二激光测距仪安装在同一水平面上；
所述反射板固定设置在竖向移动机构顶部，并位于第二激光测距仪的检测方向上，反射板距离第二激光测距仪的初始位置为已知设定距离S0；
所述竖向移动机构位移检测单元，用于检测竖向移动机构上的第一激光测距仪和第二激光测距仪的实时移动量；
所述控制器单元与竖向移动机构、第一激光测距仪、第二激光测距仪和竖向移动机构位移检测单元通过线缆连接；控制器单元通过获取竖向移动机构位移检测单元的实时检测数据计算得到第一激光测距仪和第二激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1，以及获取第二激光测距仪在水环境下检测的到反射板的实时测量距离S2；工作时，控制器单元控制竖向移动机构的运动单元带动第一激光测距仪和第二激光测距仪自起始位置向上运动，在运动过程中，将第一激光测距仪和第二激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1与第二激光测距仪的实时测量距离S2之和S1+S2与反射板距离第二激光测距仪初始位置的已知设定距离S0相比较，当S1+S2与S0之间的差值小于或者等于设定的阈值时，则认为第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处的水环境的浑浊度满足水下激光测距要求，此时，控制器单元启动第一激光测距仪进行水下激光测距，测量其当前位置至水面的距离S3，将该距离S3与第一激光测距仪当前位置至起始位置的位移量之和作为总的水下测距距离S4。
在上述技术方案中，竖向移动机构包括底座、竖向安装架、运动单元、丝杠和驱动电机，竖向安装架安装在底座上，丝杠安装在竖向安装架上，竖向安装架上设置有竖向滑道，所述运动单元滑动安装在竖向安装架上，并且运动单元与所述丝杠配合，丝杠旋转时会驱动运动单元沿竖向安装架的竖向滑道上下运动，所述驱动电机安装在竖向安装架的顶板上，并且驱动电机与丝杠顶端传动连接，通过驱动电机驱动丝杠旋转。
在上述技术方案中，使用时，将竖向移动机构的底座固定安装在振动锤顶部。
在上述技术方案中，竖向安装架的顶部具有顶板，竖向安装架的底部具有底板，丝杠的顶部通过第一轴承座安装在顶板上，丝杠的底部通过第二轴承座安装在底板上。
在上述技术方案中，已知设定距离S0为5m，精确到0.1mm。
在上述技术方案中，所述竖向移动机构位移检测单元采用旋转编码器，设置在竖向移动机构的驱动电机的输出轴上，通过旋转编码器检测驱动电机输出轴的转动量，再结合丝杠的螺距参数，计算出丝杠上运动单元的直线移动量。
在上述技术方案中，还包括显示单元，显示单元与控制器单元连接，通过显示单元显示总的水下测距距离给用户。
在上述技术方案中，在第一激光测距仪和第一激光测距仪的镜头处设置有除垢装置。
在上述技术方案中，除垢装置采用雨刷器结构，除垢装置由电机驱动，频率设置为两秒刷一下，避开激光测距仪的测量时序，除垢装置能有效的解决水下激光测距仪镜头被遮挡的问题。
在上述技术方案中，在振动锤顶部还设置了倾角检测传感器，用于检测振动锤的倾角θ，倾角检测传感器检测的倾角数据会发送给控制器单元，由控制器单元根据检测的倾角θ对水下测距距离S4进行矫正，得到矫正后的振动锤至水面的竖直距离L，L= S4*cosθ。
本发明的优点和有益效果为：
本系统能够有效的解决振动锤上方存在浑浊水域遮挡的技术问题，在不受浑浊水域影响的情况下准确的进行水下激光测距。
附图说明
图1是本发明的用于浑浊水域的水下激光测距系统的结构示意图。
图2是本发明的用于浑浊水域的水下激光测距系统的侧视图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
参见附图1-2，一种用于浑浊水域的水下激光测距系统，包括：竖向移动机构1、第一激光测距仪2、第二激光测距仪3、反射板4、竖向移动机构位移检测单元和控制器单元。
竖向移动机构1包括底座1.1、竖向安装架1.2、运动单元1.3、丝杠1.4和驱动电机1.5，竖向安装架1.2安装在底座1.1上，丝杠1.4安装在竖向安装架上（竖向安装架的顶部具有顶板a，竖向安装架的底部具有底板b，丝杠的顶部通过第一轴承座安装在顶板上，丝杠的底部通过第二轴承座安装在底板上），竖向安装架上设置有竖向滑道1.6，所述运动单元1.3滑动安装在竖向安装架上，并且运动单元1.3与所述丝杠1.4配合，丝杠旋转时会驱动运动单元沿竖向安装架的竖向滑道上下运动，所述驱动电机1.5安装在竖向安装架的顶板上，并且驱动电机与丝杠顶端传动连接，通过驱动电机驱动丝杠旋转。使用时，将竖向移动机构的底座固定安装在振动锤5顶部。
所述第一激光测距仪2和第二激光测距仪3通过支架6安装在竖向移动机构的运动单元1.3上，能够随运动单元同步调整竖向位置；第一激光测距仪和第二激光测距仪安装在同一水平面上，即第一激光测距仪和第二激光测距仪的检测探头处于同一检测平面。
所述反射板4设置在竖向移动机构的竖向安装架顶部，并位于第二激光测距仪3的检测方向上，反射板4距离第二激光测距仪的初始位置为已知设定距离S0，本实施例中，该已知设定距离S0为5m，精确到0.1mm。需要说明的是，第一激光测距仪2的检测方向上不受反射板的遮挡，第一激光测距仪用于测量其所在位置至水面的距离。
所述竖向移动机构位移检测单元，用于检测竖向移动机构的运动单元的实时移动量，即检测第一激光测距仪和第二激光测距仪的实时移动量。本实施例中，所述竖向移动机构位移检测单元采用旋转编码器，设置在竖向移动机构的驱动电机的输出轴上，通过旋转编码器检测驱动电机输出轴的转动量，再结合丝杠的螺距参数，即可计算出丝杠上运动单元的直线移动量（电机带动旋转编码器旋转一周对应位移长度是丝杠的一个螺距的长度，旋转编码器旋转1°是螺距/360）。或者，所述的驱动电机1.5采用步进电机，能够精准的控制运动单元的移动距离。
所述控制器单元，位于水面之上，与竖向移动机构的驱动电机、第一激光测距仪、第二激光测距仪和竖向移动机构位移检测单元通过线缆连接；控制器单元通过获取竖向移动机构位移检测单元的实时检测数据计算得到第一激光测距仪和第二激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1，以及获取第二激光测距仪在水环境下检测的到反射板的实时测量距离S2；工作时，控制器单元控制竖向移动机构的驱动电机运动，使运动单元带动第一激光测距仪和第二激光测距仪自起始位置向上运动，在运动过程中，将第一激光测距仪和第二激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1与第二激光测距仪的实时测量距离S2之和S1+S2与反射板距离第二激光测距仪初始位置的已知设定距离S0相比较，根据比较结果，判断第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处的水环境的浑浊情况是否满足水下激光测距要求（即判断第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处位置是否已经超过了浑浊水域），以作为控制第一激光测距仪进行测距的控制依据。具体的讲：当S1+S2与S0之间的差值大于设定的阈值时（阈值优选为1mm），则认为第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处的水环境的浑浊度不满足水下激光测距要求（即第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处位置没有超过浑浊水域），此时，控制器单元关闭第一激光测距仪，不进行测距；当S1+S2与S0之间的差值小于或者等于设定的阈值时，则认为第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处的水环境的浑浊度满足水下激光测距要求（即第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处位置超过了浑浊水域），此时，控制器单元启动第一激光测距仪进行水下激光测距，测量其当前位置至水面的距离S3，将该距离S3与第一激光测距仪当前位置至起始位置的位移量之和作为总的水下测距距离S4，来表示振动锤至水面的距离。
进一步的说，还包括显示单元，显示单元与控制器单元连接，通过显示单元显示总的水下测距距离S4给用户。
实施例二
在实施例一的基础上，进一步的说，在第一激光测距仪和第一激光测距仪的镜头处设置有除垢装置，除垢装置采用雨刷器结构，由于激光测距仪镜头所在位置并不是完全平整的，所以雨刷器优选为刷毛材质的刷头；除垢装置由电机驱动，频率设置为两秒刷一下，避开激光测距仪的测量时序，除垢装置能有效的解决水下激光测距仪镜头被遮挡的问题。
实施例三
在实施例一的基础上，进一步的说，由于振动锤在工作时可能会发生倾斜，此时安装在振动锤顶部的第一激光测距仪和第二激光测距仪均会随之发生倾斜，从而导致最终计算出的水下测距距离S4要大于实际的振动锤至水面的竖直距离L（L即为需要检测的工程量）。因此，本实施例在振动锤顶部还设置了倾角检测传感器，用于检测振动锤的倾角θ，倾角检测传感器检测的倾角数据会发送给控制器单元，由控制器单元根据检测的倾角θ对水下测距距离S4进行矫正，得到矫正后的振动锤至水面的竖直距离L，L= S4*cosθ。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：包括竖向移动机构、第一激光测距仪、第二激光测距仪、反射板、竖向移动机构位移检测单元和控制器单元；
所述第一激光测距仪和第二激光测距仪安装在竖向移动机构的运动单元上，能够随运动单元同步调整竖向位置；第一激光测距仪和第二激光测距仪安装在同一水平面上；
所述反射板固定设置在竖向移动机构顶部，并位于第二激光测距仪的检测方向上，反射板距离第二激光测距仪的初始位置为已知设定距离S0；
所述竖向移动机构位移检测单元，用于检测竖向移动机构上的第一激光测距仪和第二激光测距仪的实时移动量；
所述控制器单元与竖向移动机构、第一激光测距仪、第二激光测距仪和竖向移动机构位移检测单元通过线缆连接；控制器单元通过获取竖向移动机构位移检测单元的实时检测数据计算得到第一激光测距仪和第二激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1，以及获取第二激光测距仪在水环境下检测的到反射板的实时测量距离S2；工作时，控制器单元控制竖向移动机构的运动单元带动第一激光测距仪和第二激光测距仪自起始位置向上运动，在运动过程中，将第一激光测距仪和第二激光测距仪距离其起始位置的实时位移量S1与第二激光测距仪的实时测量距离S2之和S1+S2与反射板距离第二激光测距仪初始位置的已知设定距离S0相比较，当S1+S2与S0之间的差值小于或者等于设定的阈值时，则认为第一激光测距仪和第二激光测距仪当前所处的水环境的浑浊度满足水下激光测距要求，此时，控制器单元启动第一激光测距仪进行水下激光测距，测量其当前位置至水面的距离S3，将该距离S3与第一激光测距仪当前位置至起始位置的位移量之和作为总的水下测距距离S4。
2.根据权利要求1所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：竖向移动机构包括底座、竖向安装架、运动单元、丝杠和驱动电机，竖向安装架安装在底座上，丝杠安装在竖向安装架上，竖向安装架上设置有竖向滑道，所述运动单元滑动安装在竖向安装架上，并且运动单元与所述丝杠配合，丝杠旋转时会驱动运动单元沿竖向安装架的竖向滑道上下运动，所述驱动电机安装在竖向安装架的顶板上，并且驱动电机与丝杠顶端传动连接，通过驱动电机驱动丝杠旋转。
3.根据权利要求2所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：使用时，将竖向移动机构的底座固定安装在振动锤顶部。
4.根据权利要求2所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：竖向安装架的顶部具有顶板，竖向安装架的底部具有底板，丝杠的顶部通过第一轴承座安装在顶板上，丝杠的底部通过第二轴承座安装在底板上。
5.根据权利要求1所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：已知设定距离S0为5m，精确到0.1mm。
6.根据权利要求2所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：所述竖向移动机构位移检测单元采用旋转编码器，设置在竖向移动机构的驱动电机的输出轴上，通过旋转编码器检测驱动电机输出轴的转动量，再结合丝杠的螺距参数，计算出丝杠上运动单元的直线移动量。
7.根据权利要求1所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：还包括显示单元，显示单元与控制器单元连接，通过显示单元显示总的水下测距距离给用户。
8.根据权利要求1所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：在第一激光测距仪和第一激光测距仪的镜头处设置有除垢装置。
9.根据权利要求8所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：除垢装置采用雨刷器结构，除垢装置由电机驱动，频率设置为两秒刷一下，避开激光测距仪的测量时序。
10.根据权利要求3所述的用于浑浊水域的水下激光测距系统，其特征在于：在振动锤顶部设置了倾角检测传感器，用于检测振动锤的倾角θ，倾角检测传感器检测的倾角数据会发送给控制器单元，由控制器单元根据检测的倾角θ对水下测距距离S4进行矫正，得到矫正后的振动锤至水面的竖直距离L，L= S4*cosθ。
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