CN202393351U - Ccd垂线坐标仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种CCD垂线坐标仪，该CCD垂线坐标仪包括壳体，壳体一侧设置有使被测垂线钢丝进入壳体的过线缝隙，壳体内部设置有两个相互垂直照射被测垂线钢丝的平行光源装置，在壳体内还包括两个CCD检测装置，CCD检测装置与平行光源装置一一对应设置并接收被测垂线钢丝平行光投影，壳体外侧设置有显示器，CCD检测装置包括CCD图像传感器、灰度图像生成器、CCD驱动电路和微控制器，CCD图像传感器、灰度图像生成器和微控制器依次连接，微控制器通过CCD驱动电路连接CCD图像传感器。本实用新型的CCD垂线坐标仪具有灰度图读取功能，能够最大限度避免外界环境光的干扰，还具有测量控制功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电式垂线坐标仪，特别是一种具有灰度图读取功能的光电式CCD垂线坐标仪，适用于水电大坝、滑坡、大型建筑物等岩土工程结构的水平位移和倾斜变形监测。
背景技术
岩土工程结构的位移以及变形监测是岩土工程安全监测中的重要监测项目。随着科学技术的发展，特别是传感器、单片机以及通讯技术的发展，为光电式垂线坐标仪在岩土工程安全监测中的应用奠定了基础。光电式CCD(Charged Coupled Device，电荷耦合器件)垂线坐标仪的测量原理是：利用平行光或点光源阵列，将垂线钢丝投影到CCD传感器上，通过对CCD感光图像的分析找到垂线钢丝的阴影位置进而求出垂线钢丝的坐标位置。光电式CCD垂线坐标仪实现了非接触测量，无普通传感器的电学漂移，现在被广泛应用于岩土工程结构的位移以及岩土工程变形监测。
但是目前的CCD垂线坐标仪普遍是对CCD图像进行二值化处理，即：按照CCD感光像元的输出电平高低将像元分为亮元和暗元，据此查找阴影位置(即垂线钢丝位置)。其缺点是：像元进行二值化处理的方法是按某一固定电平区分亮像元和暗像元，受环境光线干扰比较严重，不能更好地适应环境光线的变化，故在环境光线干扰后测得的垂线钢丝的位移不准确，甚至无法测量，不能满足安全监测的要求。此外，现有的CCD垂线坐标仪普遍不具备测量控制功能，这也在一定程度上限制了CCD垂线坐标仪的推广应用。
实用新型内容
本实用新型针对现有的CCD垂线坐标仪易受外界环境光线干扰和不具备测量控制功能的问题，提供一种新型的CCD垂线坐标仪，该CCD垂线坐标仪具有灰度图读取功能，能够最大限度避免外界环境光的干扰，还具有测量控制功能。
本实用新型的技术方案如下：
一种CCD垂线坐标仪，包括壳体，所述壳体一侧设置有使被测垂线钢丝进入壳体的过线缝隙，所述壳体内部设置有两个相互垂直照射被测垂线钢丝的平行光源装置，在壳体内还包括两个CCD检测装置，所述CCD检测装置与平行光源装置一一对应设置并接收被测垂线钢丝平行光投影，壳体外侧设置有显示器，其特征在于，所述CCD检测装置包括CCD图像传感器、灰度图像生成器、CCD驱动电路和微控制器，所述CCD图像传感器、灰度图像生成器和微控制器依次连接，所述微控制器通过CCD驱动电路连接CCD图像传感器，所述CCD图像传感器接收平行光源装置照射被测垂线钢丝后的投影并转化为像元电压信号输出至灰度图像生成器，所述灰度图像生成器将接收的像元电压信号进行数值化处理并生成灰度图像输出至微控制器，所述微控制器根据灰度图像进行分析得到被测垂线钢丝阴影位置和被测垂线钢丝的位置坐标，所述被测垂线钢丝的位置坐标通过显示器显示。
所述壳体内还设置有实时时钟数据存储器，所述实时时钟数据存储器分别与两CCD检测装置中的微控制器相连。
所述壳体上还设置有通讯电路接口，所述通讯电路接口分别与两CCD检测装置中的微控制器相连。
所述壳体上还设置有D/A转换接口，所述D/A转换接口分别与两CCD检测装置中的微控制器相连。
所述灰度图像生成器为高速AD采集电路。
所述两平行光源装置和两CCD检测装置均设置在壳体内部的底板上，各平行光源装置和各CCD检测装置均单独密封并设置通光孔。
所述平行光源装置包括高亮度LED发光二极管、反射镜、双胶合透镜和光学玻璃片，所述高亮度LED发光二极管的点光源经发射镜反射再经双胶合透镜折射后通过光学玻璃片自通光孔输出平行光。
所述高亮度LED发光二极管发出的点光源经反射镜以设定角度反射，所述设定角度为55度至65度。
所述设定角度为61.5度。
所述平行光源装置还包括加热部件；和/或所述过线缝隙的外侧采用固定连接块连接。
本实用新型的技术效果如下：
本实用新型涉及的CCD垂线坐标仪，包括壳体以及壳体内设置的两套平行光源装置和CCD检测装置，两平行光源装置相互垂直照射被测垂线钢丝，每套的平行光源装置和CCD检测装置相对应设置并且CCD检测装置用于接收被测垂线钢丝平行光投影，CCD检测装置包括CCD图像传感器、灰度图像生成器、CCD驱动电路和微控制器，平行光源装置照射被测垂线钢丝后投影到CCD图像传感器上，CCD图像传感器输出反映亮度的像元电压信号，再由灰度图像生成器将接收的像元电压信号进行数值化处理并生成灰度图像，然后由微控制器根据灰度图像进行分析得到被测垂线钢丝阴影位置和被测垂线钢丝的位置坐标。由于CCD检测装置中设置了灰度图像生成器和微控制器，将CCD图像传感器得到的每个像元的反映亮度的电压信号进行数值化处理以得到灰度图然后再处理该灰度图，而并非将像元电压信号进行二值化处理，故避免了现有的CCD垂线坐标仪易受外界环境光线干扰导致不满足监测要求的问题，本实用新型采用灰度图判断被测垂线钢丝阴影，受外界干扰小，对环境光线适应能力强，可以更精确地计算被测垂线钢丝的位置坐标。同时本实用新型的CCD垂线坐标仪中的CCD检测装置的独特结构使得CCD垂线坐标仪自身构成了一个完整的测量控制单元，使得该CCD垂线坐标仪除具备灰度图读取功能外，还具有了测量控制功能，提高了被测垂线钢丝位置测量的准确性和可靠性。此外，在检查维护中，通过读取灰度图可以更方便于对CCD垂线坐标仪故障的诊断。
本实用新型的CCD垂线坐标仪通过设置实时时钟数据存储器便于对微控制器输出的数据进行实时的采集存储；设置通讯电路接口便于将该CCD垂线坐标仪的观测结果上传到上位机以及对CCD垂线坐标仪进行更优化的初始参数设置；设置D/A转换接口，将监测结果转化为模拟信号以便作为后续的现场采集系统的输入。
平行光源装置包括高亮度LED发光二极管、反射镜、双胶合透镜和光学玻璃片，高亮度LED发光二极管的点光源经发射镜反射后再经双胶合透镜折射后生成平行光，该平行光通过光学玻璃片自通光孔发出，该平行光源装置的独特结构使得点光源能够转化为平行光源，并且设置反射镜能够使得平行光源的轴向距离减少，使密封封装的平行光源装置的体积缩小，更进一步讲，使得CCD垂线坐标仪的体积大大缩小。
在平行光源装置设置加热部件能够增强平行光源装置中的各部件的抗潮性，同时还解决了平行光源装置中的各部件遇冷雾化结露而影响测量的问题，增强了CCD垂线坐标仪对高湿环境的适应能力。
附图说明
图1为本实用新型CCD垂线坐标仪的外部优选结构示意图。
图2为本实用新型CCD垂线坐标仪的内部优选结构示意图。
图3为本实用新型CCD垂线坐标仪的工作原理结构图。
图中各标号列示如下：
1-壳体；2-过线缝隙；3-垂线钢丝；4-平行光源装置；5-CCD检测装置；6-高亮度LED发光二极管；7-反射镜；8-双胶合透镜；9-CCD电路板；10-测量控制主板；11-显示器；12-固定连接块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行说明。
本实用新型涉及一种CCD垂线坐标仪，图1和图2分别为其内部和外部的优选结构示意图，该CCD垂线坐标仪包括壳体1，该壳体1优选为内部中空的方形机壳，壳体1分为底板和外壳两部分，壳体1的一侧(或者说是外壳的一侧)设置有使被测的垂线钢丝3进入壳体1内部的过线缝隙2，过线缝隙2的外侧可以采用固定连接块12连接，以保证CCD垂线坐标仪的壳体1的整体刚度。壳体1内部设置有两个平行光源装置4和两个CCD检测装置5，两个平行光源装置4和两个CCD检测装置5设置于同一被测的平面，优选均设置在CCD垂线坐标仪的底板上。两平行光源装置4相互垂直照射被测垂线钢丝3，如图2所示，如分别沿X轴和Y轴设置，每个平行光源装置4均对应一个CCD检测装置5，CCD检测装置5接收被测垂线钢丝3的平行光投影。
其中，平行光源装置4包括高亮度LED发光二极管6、反射镜7、双胶合透镜8、光学玻璃片和加热部件，该平行光源装置4通过密封防水光源盒单独密封各组成部件，且平行光源装置上设置有水平的通光孔，光学玻璃片与通光孔大小相适应，高亮度LED发光二极管6的点光源经发射镜7以一定角度反射再经双胶合透镜8折射后通过光学玻璃片自通光孔输出平行光。双胶合透镜8采用双胶合凸透镜，高亮度LED发光二极管6发出的点光源经反射镜7以55度至65度之间的角度反射，优选以61.5度角度反射。平行光源装置4中设置的加热部件能够增强平行光源装置中的各组成部件的抗潮性，同时还解决了平行光源装置中的各部件遇冷雾化结露而影响测量的问题，增强了CCD垂线坐标仪对高湿环境的适应能力。
CCD检测装置5包括CCD图像传感器、灰度图像生成器、CCD驱动电路和微控制器，CCD图像传感器、灰度图像生成器和微控制器依次连接，微控制器通过CCD驱动电路连接CCD图像传感器，优选地，灰度图像生成器采用高速AD采集电路，可以将CCD图像传感器和CCD驱动电路焊接在CCD电路板9上，将高速AD采集电路和微控制器焊接在测量控制主板10上，如图2所示，CCD检测装置也可以通过密封盒单独密封，并在密封盒上设置透明窗口或通光孔以便CCD图像传感器通过该透明窗口或通光孔接收平行光源装置照射垂线钢丝后的投影。还可以在密封盒内设置加热装置以防止透明窗口的玻璃雾化和结露。
图3为本实用新型的CCD垂线坐标仪的工作原理图，X轴方向和Y轴方向的平行光源装置照射被测的垂线钢丝，投影到CCD图像传感器上(图3中显示为CCD)，CCD图像传感器生成光学图像并转换为反映亮度的像元电压信号输出至高速AD采集电路，高速AD采集电路将接收的像元电压信号进行数值化处理并生成256级灰度图像输出至微控制器，所述微控制器根据该灰度图像经一定的阴影识别法进行分析计算，采用的阴影识别法是根据阴影区间的亮度与其它待分析区间的亮度的不同，找到该阴影区间，得到被测垂线钢丝阴影位置和被测垂线钢丝的位置坐标，并将被测垂线钢丝的位置坐标显示到显示器11显示，该显示器11设置在壳体1外侧，由于本实用新型具有两套平行光源装置和CCD检测装置，故能够得到两个垂直方向上的垂线钢丝的位置坐标，显示器11上设置有两个显示窗口，分别显示垂线钢丝在X轴和Y轴上的位置坐标。该位置坐标为相对坐标，将本次测量结果与上次CCD垂线坐标仪的测量结果进行比较，能够得到岩土工程的水平位移的变化或倾斜变形量，完成岩土工程安全监测。
在壳体1内还设置有实时时钟数据存储器、通讯电路接口和D/A转换接口，实时时钟数据存储器、通讯电路接口和D/A转换接口均同时与各CCD检测装置中的微控制器相连。实时时钟数据存储器便于对微控制器输出的数据进行实时的采集存储，通讯电路接口便于数据通信将该CCD垂线坐标仪的观测结果上传到上位机以及对CCD垂线坐标仪进行更优化的初始参数设置，设置D/A转换接口，输出4-20mA信号，可以将监测结果转化为模拟信号以作为后续的现场采集系统的输入。高速AD采集电路、CCD驱动电路、显示器、实时时钟数据存储器、通讯电路接口和D/A转换接口均为微控制器的外围电路，通过微控制器及其外围电路驱动CCD和进行高速AD采集，读取256级灰度图像，并根据灰度图像分析计算阴影位置和垂线丝位置坐标，具有测值现场显示功能，并可按设定的采集方式自动记录观测数据。
本实用新型的CCD垂线坐标仪可以在壳体1的底板四角和中间预留安装螺孔，并可以采用平面支架方式或万向支架方式安装。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种CCD垂线坐标仪，包括壳体，所述壳体一侧设置有使被测垂线钢丝进入壳体的过线缝隙，所述壳体内部设置有两个相互垂直照射被测垂线钢丝的平行光源装置，在壳体内还包括两个CCD检测装置，所述CCD检测装置与平行光源装置一一对应设置并接收被测垂线钢丝平行光投影，壳体外侧设置有显示器，其特征在于，所述CCD检测装置包括CCD图像传感器、灰度图像生成器、CCD驱动电路和微控制器，所述CCD图像传感器、灰度图像生成器和微控制器依次连接，所述微控制器通过CCD驱动电路连接CCD图像传感器，所述CCD图像传感器接收平行光源装置照射被测垂线钢丝后的投影并转化为像元电压信号输出至灰度图像生成器，所述灰度图像生成器将接收的像元电压信号进行数值化处理并生成灰度图像输出至微控制器，所述微控制器根据灰度图像进行分析得到被测垂线钢丝阴影位置和被测垂线钢丝的位置坐标，所述被测垂线钢丝的位置坐标通过显示器显示。
2.根据权利要求1所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述壳体内还设置有实时时钟数据存储器，所述实时时钟数据存储器分别与两CCD检测装置中的微控制器相连。
3.根据权利要求1所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述壳体上还设置有通讯电路接口，所述通讯电路接口分别与两CCD检测装置中的微控制器相连。
4.根据权利要求1所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述壳体上还设置有D/A转换接口，所述D/A转换接口分别与两CCD检测装置中的微控制器相连。
5.根据权利要求1至4之一所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述灰度图像生成器为高速AD采集电路。
6.根据权利要求5所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述两平行光源装置和两CCD检测装置均设置在壳体内部的底板上，各平行光源装置和各CCD检测装置均单独密封并设置通光孔。
7.根据权利要求6所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述平行光源装置包括高亮度LED发光二极管、反射镜、双胶合透镜和光学玻璃片，所述高亮度LED发光二极管的点光源经发射镜反射再经双胶合透镜折射后通过光学玻璃片自通光孔输出平行光。
8.根据权利要求7所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述高亮度LED发光二极管发出的点光源经反射镜以设定角度反射，所述设定角度为55度至65度。
9.根据权利要求8所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述设定角度为61.5度。
10.根据权利要求7所述的CCD垂线坐标仪，其特征在于，所述平行光源装置还包括加热部件；和/或所述过线缝隙的外侧采用固定连接块连接。
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Owner name: JIKANG INSTRUMENT CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: JIKANG INSTRUMENT(BEIJING) CO., LTD. |
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Address after: 102401, 3, Binhe West Street, Triumph Street, Beijing, Fangshan District, Liangxiang Patentee after: CHINA GEOKON INSTRUMENTS CO., LTD. Address before: 102401, 3, Binhe West Street, Triumph Street, Beijing, Fangshan District, Liangxiang Patentee before: Jikang Instrument(Beijing) Co., Ltd. |
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