CN209541674U - 一种高精度位移测量装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度位移测量装置，包括激光发射器、靶标、微型摄像头、图像采集处理系统和固定墩台，固定墩台上固定安装有内芯支座，内芯支座上安装有具有自动水平功能的内芯支架，内芯支架的底部与内芯支座的顶部球铰连接，激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统均安装在内芯支架上，激光发射器和靶标分别位于内芯支架相背的两侧，微型摄像头通过摄像头支架安装在靶标的下方。本实用新型同时公开了一种智能位移测量系统，包括远程控制系统和若干个高精度位移测量装置，将激光发射技术、近距离摄像技术以及图像识别和处理技术相结合，提高位移测量的精度，实现数据采集的自动化和智能化控制。

Description

一种高精度位移测量装置及系统

技术领域

本实用新型属于建筑测量技术领域，涉及一种高精度位移测量装置及系统。

背景技术

随着我国城镇化进程的不断推进，对居住环境的不断重视，特别是对工程建设安全的关注越来越多，人们对工程建设提出了更高的要求。为确保工程建设的安全，通常对在建工程项目及周边环境进行监测，以确保工程建设的安全和周边环境的安全。工程测量的精度和实时性是解决工程建设安全的关键，工程测量的手段决定了工程测量的精度和实时性，因而对工程测量设备的研发，有利于提高工程测量精确性，以及实现实时测量的需求。

现有的位移测量设备通常分为两大类：接触式测量和非接触式测量。接触式测量的精度较高，但其不易实现自动化、智能化和实时动态观测；非接触式测量虽然可以实现动态化、实时化和智能化和自动化测量，但其测量精度较低，并且造价比较昂贵，不利于大范围推广应用。因而，提出对现有的位移测量设备进行改进，以满足工程建设对测量精度、自动化、智能化和实时化测量的需要，为工程安全提供可靠的数据分析依据。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种高精度位移测量装置及系统，将激光发射技术、近距离摄像技术以及图像识别和处理技术相结合，提高位移测量的精度，实现数据采集的自动化和智能化控制。

本实用新型为了解决上述问题所采取的技术方案是，提供了一种高精度位移测量装置，包括激光发射器、靶标、微型摄像头、图像采集处理系统和固定墩台，固定墩台上固定安装有内芯支座，内芯支座上安装有具有自动水平功能的内芯支架，激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统均安装在内芯支架上，激光发射器和靶标分别位于内芯支架相背的两侧，微型摄像头通过摄像头支架安装在靶标的下方。

优选地，内芯支架的底部与内芯支座的顶部球铰连接，内芯支座的顶部开设有碗状凹槽，内芯支架的底部固定有与碗状凹槽相匹配的半球体，半球体设置在碗状凹槽内，内芯支架上安装的激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统记为上部测量结构，半球体的质量大于上部测量结构的质量。

优选地，半球体的质量至少为上部测量结构质量的两倍。

优选地，固定墩台上安装有支架罩壳，内芯支座、内芯支架及内芯支架上安装的激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统均位于支架罩壳内，支架罩壳上与激光发射器和靶标分别对应的两个侧面上安装有透光玻璃。

优选地，靶标上设有便于激光照射点的识别的标志线，靶标的材质为不锈钢或PVC，靶标的表面涂覆有吸光材料。

优选地，激光发射器的发射端一侧安装有导光管。

优选地，采用上述高精度位移测量装置的一种高精度位移测量系统，包括远程控制系统和若干个高精度位移测量装置，其中一个高精度位移测量装置记为零号高精度位移测量装置，远程控制系统和零号高精度位移测量装置固定安装在固定点位置，其余高精度位移测量装置依次设置在各个测点位置上，后一测点位置的高精度位移测量装置接收与其相邻的前一测点位置上的高精度位移测量装置发射出的激光。

优选地，远程控制系统包括远程交换机、电脑显示器、电脑主机和电脑桌。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的激光发射器用于发射激光，靶标可以接收到激光发射器发射的激光点，通过微型摄像头拍摄激光在靶标上的位置，图像采集处理系统对微型摄像头拍摄的图像进行处理和存储，将多个高精度位移测量装置串联起来组成高精度位移测量系统，运用远程控制系统对激光发射器和图像采集处理系统进行控制。

本实用新型的高精度位移测量系统将第一个高精度位移测量装置所在的位置视为固定不动点，通过分析其余高精度位移测量装置中靶标接收到的激光点的位置变化，依次反推内芯支架的位移，即为固定墩台的位移，从而得出该处构筑物或结构的位移。由于综合采用激光发射技术、近距离摄像技术以及图像识别和处理技术，因而可以提高位移测量的精度，实现数据采集的自动化和智能化控制，以及实时监控。

本实用新型利用支架罩壳对监测设备元件进行保护，极大程度上降低了外界环境对内部测量元件的干扰，提高了测量精度和稳定性。并且支架罩壳内部的内芯支架采用自动水平式设计，将测点的倾斜巧妙地转化为水平位移和竖向位移，从而降低了由于大幅度倾斜引起的测量误差。

本实用新型利用近距离摄像技术和激光技术，降低了设备的成本，并可重复利用，极大提高了设备的适用范围，有利于大范围推广应用。

本实用新型利用激光发射的线型较好，可以较远距离的传输，定位精度较高等优点，实现精准的定位。采用近距离摄像技术精确的记录激光照射靶标的位置，并将记录的图像信息经过图像采集处理系统进行有效的存储和传输，从而实现自动化、智能化和实时测量。通过远程控制系统，可以实现无人值守式测量，以及实时分析测量数据，及时发现工程建设中存在的问题，实现及时预警。该系统实质上是对接触式测量和非接触式测量的整合，其较好地融合了接触式和非接触式测量的优点，从而提高了测量精度，实现了测量的精确性、自动化、智能化和实时化动态测量。并且采用的技术手段均为现有的较成熟的技术手段，有利于成本造价的控制，并且可以重复使用，因而对于工程建设的测量具有十分广泛的应用前景，其可回收利用，具有对环境友好，与当下节能减排、保护环境的趋势相吻合的优点。

综上，本实用新型能够较好实现智能化、自动化和实时测量，测量精度高，使用方便及经济效益好，具有较为广阔的工程应用前景。

附图说明

图1是本实用新型中高精度位移测量系统的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大示意图（图2同时是本实用新型中高精度位移测量装置的结构示意图）；

图3是图1中B处的局部放大示意图（图3同时是本实用新型中远程控制系统的结构示意图）。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型的一种高精度位移测量装置，包括激光发射器1、靶标4、微型摄像头2、图像采集处理系统3和固定墩台5，固定墩台5上固定安装有内芯支座6，内芯支座6上安装有具有自动水平功能的内芯支架7，激光发射器1、靶标4、微型摄像头2和图像采集处理系统3均安装在内芯支架7上，激光发射器1和靶标4分别位于内芯支架7相背的两侧，微型摄像头2通过摄像头支架安装在靶标4的下方，微型摄像头2的拍摄方向朝向靶标4，图像采集处理系统3安装在内芯支架7的顶部。

激光发射器1的发射端一侧安装有导光管8，激光发射器1采用极细光束，可通过导光管8进行光束引导。

靶标4上设有便于激光照射点的识别的标志线，靶标4的材质为不锈钢或PVC，靶标4的表面涂覆有吸光材料，吸光材料如碳素墨汁、乌光漆、磷酸锌涂料等。

固定墩台5上安装有支架罩壳9，内芯支座6、内芯支架7及内芯支架7上安装的激光发射器1、靶标4、微型摄像头2和图像采集处理系统3均位于支架罩壳9内，支架罩壳9上与激光发射器1和靶标4分别对应的两个侧面上安装有透光玻璃10。所述透光玻璃10可选用高透高强玻璃，支架罩壳9的其余面可选用不锈钢，能够保护安装在支架罩壳9内的设备元件。

微型摄像头2具有自动变焦、对准和补光等功能。

图像采集处理系统3具有图像采集、存储和无线传输功能。图像采集处理系统3主要功能包括单片机控制ISP-PLD器件，实现对摄像头的图像高速采集与存储，单片机图像压缩与PC机串行通信实现图像数据的传输，在PC机端实现图像处理和显示等，上述内容为现有技术，并在百度百科中有明确记载。

内芯支架7的底部与内芯支座6的顶部球铰连接，内芯支座6的顶部开设有碗状凹槽，内芯支架7的底部固定有与碗状凹槽相匹配的半球体，半球体设置在碗状凹槽内，内芯支架7上安装的激光发射器1、靶标4、微型摄像头2和图像采集处理系统3记为上部测量结构，半球体的质量大于上部测量结构的质量。具体实施时，半球体的质量至少为上部测量结构质量的两倍。重心越低越稳定，半球体的质量相对于上部测量结构的质量越大，则内芯支架7的重心就越低，结构更加稳定。

内芯支架7的材质可采用不锈钢，内芯支架7具有支撑固定测量元件的位置的作用，能够降低外界温度、湿度和空气流动的干扰。

内芯支架7底部的半球体外径与内芯支座6的碗状凹槽内径相匹配，半球体与碗状凹槽的接触面均采用光滑处理，内芯支架7的底部与内芯支座6的顶部采用球铰连接的方式，实现内芯支架7的自动水平。内芯支架7实现自动水平的原理可参考不倒翁的力学原理，半球体的质量大于上部测量结构的质量，同时重力的方向又是始终竖直向下的，因而，当测点位置倾斜导致内芯支座6倾斜时，内芯支架7能够自动保持水平，将测点位置的倾斜巧妙地转化为水平位移和竖向位移，从而能够降低由于大幅度倾斜引起的测量误差。

不倒翁的力学原理：上轻下重的物体比较稳定，也就是说重心越低越稳定，当不倒翁在竖立状态处于平衡时，重心和支点的距离最小，即重心最低，偏离平衡位置后，重心总是升高的，因此，这种状态的平衡是稳定平衡，所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。不倒翁的不倒实际上是由于重力的作用线偏离支点，使重力对支点产生力矩，即抵抗力矩，由于不倒翁倾斜的角度不断增大，重力作用线的偏移量随之增大，抵抗力矩也随之增大，最终实现和外力力矩的平衡。

采用上述高精度位移测量装置的一种高精度位移测量系统，包括远程控制系统和若干个高精度位移测量装置，其中一个高精度位移测量装置记为零号高精度位移测量装置，远程控制系统和零号高精度位移测量装置固定安装在固定点位置15，其余高精度位移测量装置依次设置在各个测点位置上，后一测点位置的高精度位移测量装置接收与其相邻的前一测点位置上的高精度位移测量装置发射出的激光。远程控制系统包括远程交换机11、电脑显示器12、电脑主机13和电脑桌14。

激光发射器1用于发射激光，靶标4可以接收到激光发射器1发射的激光点，通过微型摄像头2拍摄激光在靶标4上的位置，图像采集处理系统3对微型摄像头2拍摄的图像进行处理和存储，将多个高精度位移测量装置串联起来组成高精度位移测量系统，运用远程控制系统对激光发射器1和图像采集处理系统3进行控制。

由于采用激光发射技术、近距离摄像技术以及图像识别和处理技术，因而可以提高位移测量的精度，实现数据采集的自动化和智能化控制，以及实时监控。

上述高精度位移测量系统的工作过程：

位于固定点位置15的零号高精度位移测量装置上的激光发射器1照射第一个测点位置的高精度位移测量装置上的靶标4，第一个测点位置的微型摄像头2对其对应靶标4上激光发射器1的照射点进行拍摄记录；同时第一个测点位置的激光发射器1照射第二个测点位置的靶标4，第二个测点位置的微型摄像头2对其对应靶标4上激光发射器1的照射点进行拍摄记录；以此类推，直至最后一个测点位置上只拍摄靶标4上的激光照射点的位置而不发射激光。

将零号高精度位移测量装置上的激光发射器1发出的照射点在靶标4上的位置作为每个测点位移对比的初始位置图像。

然后，每隔一段时间（或根据需要的时间间隔）重复上述激光发射器1照射靶标4，并拍摄记录的步骤。通过图像采集处理系统3对图像信息进行存储和传输给远程控制系统，由远程控制系统将每个测点在不同时刻拍摄到的激光照射点在靶标4上位置的图像与初始位置图像进行对比计算和分析。

在计算测点位移时，除第一个测点位置的位移可直接通过与初始位置图像对比计算得出以外，第二个测点位置的位移计算时需要考虑第一个测点位置的位移对第二个测点位置位移的影响，因而第二个测点位置任一时间段内激光照射点在靶标4上的位置图像与初始位置图像对比得到的位移为第一测点位移和第二测点位移的和。在计算第二个测点位置位移时应对其进行修正，同样第三个测点位置应考虑第二个测点位置的影响，以此类推，即可得到每个测点位置的位移。从而实现位移测量的智能化、自动化和实时测量。

所述激光发射器1、微型摄像头2、图像采集处理系统3、远程交换机11、电脑显示器12和电脑主机13均为现有常规装置，具体结构不再赘述。

上述实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度位移测量装置，其特征在于：包括激光发射器、靶标、微型摄像头、图像采集处理系统和固定墩台，固定墩台上固定安装有内芯支座，内芯支座上安装有具有自动水平功能的内芯支架，激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统均安装在内芯支架上，激光发射器和靶标分别位于内芯支架相背的两侧，微型摄像头通过摄像头支架安装在靶标的下方。

2.根据权利要求1所述的一种高精度位移测量装置，其特征在于：内芯支架的底部与内芯支座的顶部球铰连接，内芯支座的顶部开设有碗状凹槽，内芯支架的底部固定有与碗状凹槽相匹配的半球体，半球体设置在碗状凹槽内，内芯支架上安装的激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统记为上部测量结构，半球体的质量大于上部测量结构的质量。

3.根据权利要求2所述的一种高精度位移测量装置，其特征在于：半球体的质量至少为上部测量结构质量的两倍。

4.根据权利要求1所述的一种高精度位移测量装置，其特征在于：固定墩台上安装有支架罩壳，内芯支座、内芯支架及内芯支架上安装的激光发射器、靶标、微型摄像头和图像采集处理系统均位于支架罩壳内，支架罩壳上与激光发射器和靶标分别对应的两个侧面上安装有透光玻璃。

5.根据权利要求4所述的一种高精度位移测量装置，其特征在于：靶标上设有便于激光照射点的识别的标志线，靶标的材质为不锈钢或PVC，靶标的表面涂覆有吸光材料。

6.根据权利要求5所述的一种高精度位移测量装置，其特征在于：激光发射器的发射端一侧安装有导光管。

7.采用权利要求1至6中任一项所述高精度位移测量装置的一种高精度位移测量系统，其特征在于：包括远程控制系统和若干个高精度位移测量装置，其中一个高精度位移测量装置记为零号高精度位移测量装置，远程控制系统和零号高精度位移测量装置固定安装在固定点位置，其余高精度位移测量装置依次设置在各个测点位置上，后一测点位置的高精度位移测量装置接收与其相邻的前一测点位置上的高精度位移测量装置发射出的激光。

8.根据权利要求7所述的一种高精度位移测量系统，其特征在于：远程控制系统包括远程交换机、电脑显示器、电脑主机和电脑桌。