CN210952721U

CN210952721U - 一种三维变形测量装置及系统

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Publication number: CN210952721U
Application number: CN201921721751.7U
Authority: CN
Inventors: 况中华; 李鑫奎; 何光辉; 周向阳; 李兵; 沈志勇
Original assignee: Shanghai Construction Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Construction Group Co Ltd
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-10-11

Abstract

一种三维变形测量装置及系统，其中，三维变形测量装置包括：转向器，设置在三维变形测量装置一侧，进行360°旋转，且记录转向角度数据；激光发射端，设置在转向器上，用于发射激光束，且记录激光发射的时间数据；激光接收端，设置在三维变形测量装置相反于转向器的一侧，用于接收激光束，且记录激光接收的时间数据。采用这种三维变形测量装置，能够快速并且准确地计算出被测结构物的三维变形。

Description

一种三维变形测量装置及系统

技术领域

本实用新型涉及测量装置技术领域，尤其涉及一种三维变形测量装置。

背景技术

对于一些重要的超高层建筑或大跨度结构需进行长期的变形监测，目前较常见的长期变形监测方法有如下两种。

一种是采用液压法。通过在被测结构物上均匀布置多个静力水准仪，相邻的静力水准仪之间通过通液管连接，通过每个静力水准仪之间的液压差来换算各测点的标高差。这种方法只能测量结构物的竖向变形，无法测量结构物的三维变形，并且在测量过程中，通液管容易被损坏或漏液，从而影响测量数据的准确性。

另一种是利用激光测量，变形测量时设置发射端和接收端(标靶)，发射端朝接收端的标靶发生激光，接收端依据标靶接受到的激光点位置的变化来换算结构物的变形。这种方法在测量过程中必须保证发射端和接收端相互平行，当发射端和接收端不平行时会引起较大的测量误差；且接受端的标靶有标距限值，当被测结构物的变形超出标靶的标距时则无法测量。

针对这类大型结构物的长期实时变形监测均无较好的技术手段。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种快速并且准确地计算出被测结构物三维变形的三维变形测量装置。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种三维变形测量装置，包括：转向器，设置在所述三维变形测量装置一侧，进行360°旋转，且记录转向角度数据；激光发射端，设置在所述转向器上，用于发射激光束，且记录激光发射的时间数据；激光接收端，设置在所述三维变形测量装置相反于所述转向器的一侧，用于接收所述激光束，且记录激光接收的时间数据。

进一步的，所述三维变形测量装置还包括：无线传输端，分别与所述转向器、所述激光发射端和所述激光接收端连接，接收和传输所述转向角度数据、所述激光发射的时间数据、所述激光接收的时间数据和控制指令。

进一步的，所述三维变形测量装置还包括：数据处理端，与所述无线传输端连接，向所述无线传输端发出所述控制指令，用于控制所述转向器、所述激光发射端和所述激光接收端，接收并处理从所述无线传输端传送来的所述转向角度数据、所述激光发射的时间数据和所述激光接收的时间数据。

进一步的，所述三维变形测量装置还包括水准泡；所述水准泡设置在所述三维变形测量装置的顶部居中位置，用于调整所述三维变形测量装置水平。

进一步的，所述激光接收端上设置有接收区。

进一步的，所述接收区为矩形接收区；所述矩形接收区上设置有光电感应矩阵，用于记录激光点在所述矩形接收区上的位置，同时记录接收到激光点的时间。

进一步的，所述矩形接收区的四条边界的中点设置有角度标定点，用于标定所述激光接收端的角度。

进一步的，所述三维变形测量装置整体为立方体状，所述转向器和所述激光发射端所述三维变形测量装置的侧壁上，所述激光接收端设置在所述三维变形测量装置相反于所述转向器和所述激光发射端的侧壁上。

进一步的，所述三维变形测量装置底部设置有固定座。

本实用新型提供了一种三维变形测量系统，包括至少两个所述三维变形测量装置。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过激光的长度、角度、激光点的位置相关数据，能够快速并且准确地计算出被测结构物的三维变形。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种三维变形测量装置结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种三维变形测量装置一侧的结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种三维变形测量装置另一侧的结构示意图；

图4是本实用新型提供的一种三维变形测量系统的结构示意图；

图5是本实用新型提供的一种三维变形测量系统的俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

图1是本实用新型提供的一种三维变形测量装置结构示意图。

图2是本实用新型提供的一种三维变形测量装置一侧的结构示意图。

图3是本实用新型提供的一种三维变形测量装置另一侧的结构示意图。

如图1-3所示，本实用新型的实施例提供一种三维变形测量装置包括转向器1、激光发射端2和激光接收端3。

转向器1设置在三维变形测量装置一侧的居中位置，其可以进行定速的360°旋转，并记录转向角度数据；激光发射端2设置在转向器1上，用来发射激光束，并记录激光发射的时间数据；激光接收端3设置在三维变形测量装置相反于转向器1的一侧，用于接收其他激光发射端2发射的激光束，并记录激光接收的时间数据。

在另一个实施例中，具体的，三维变形测量装置整体为立方体状，转向器1和所述激光发射端2所述三维变形测量装置的侧壁上，激光接收端3设置在三维变形测量装置相反于转向器1和激光发射端2的侧壁上。三维变形测量装置底部设置有固定座5。

三维变形测量装置还包括无线传输端，该无线传输端设置在三维变形测量装置内部，可以采用联发科MT2625芯片。其分别与转向器1、激光发射端2和激光接收端3连接，用于接收和传输转向角度数据、激光发射的时间数据、激光接收的时间数据和控制指令。其中，激光接收端3采用PSD接收标靶。

三维变形测量装置还包括数据处理端，该数据处理端可以选用电脑。数据处理端与无线传输端连接，向无线传输端发出控制指令，接收并处理从无线传输端传送来的转向角度数据、激光发射的时间数据和激光接收的时间数据。

三维变形测量装置还包括水准泡4，该水准泡4设置在三维变形测量装置的顶部居中位置，用于调整三维变形测量装置至水平。

激光接收端3采用PSD接收标靶，激光接收端3上设置有矩形接收区域，矩形接收区域内沿横、竖向划分了密集的光电感应矩阵，能够标记接收到的激光点在标靶上的位置，同时记录接收到激光点的时间。在矩形接收区域的四条边界的中点设置有角度标定点31，用于标定PSD接收标靶的水平、竖向角度。

图4是本实用新型提供的一种三维变形测量系统的结构示意图。

图5是本实用新型提供的一种三维变形测量系统的俯视图。

如图4-5所示，本实用新型的实施例提供还提供一种三维变形测量系统，包括至少两个前述三维变形测量装置；三维变形测量装置设置在被测结构物上；多个三维变形测量装置等间距设置。将其中一个所述三维变形测量装置作为局准点，并调平。

通过在被测结构物上按一定间距布置多个激光测量装置，选取一个激光测量装置作为基准点，作为基准点的激光测量装置通过水准泡4人工调至水平，其他测点的激光测量装置任意摆放，无需调平；数据处理终端采集并处理多个激光测量装置的数据，从而计算出被测结构物上多个测点相对基准点的三维变形。

三维变形测量系统测量步骤具体实施过程如下：

1、在被测结构物上选取一个测点作为基准点，在该位置安装一个激光测量装置，并通过装置上的水准泡4进行调平。再在被测结构物上其他测点位置安装多个激光测量装置，一个测点对应一个激光测量装置。

2、激光测量装置安装完毕后，开机启动激光测量装置及数据处理终端，数据处理终端通过每个激光测量装置内部的无线传输模块自动搜索并联机每个激光测量装置。

3、装置联机完成后，数据处理终端与每个激光测量装置进行时间匹配，同时控制每个激光测量装置上的转向器1进行定速的360°旋转，同时激光发射器同步向相邻的激光测量装置发射激光，PSD接收标靶处于激光接收状态。当激光达到PSD接收标靶的矩形接收区域的边界上的角度标定点31(即将超出测量标距)时，激光测量装置记录此时转向器1的竖向转角β标和水平转角γ_标，同时记录激光发射时间t发和激光接收时间t收，通过激光在空气中的传播速度V来计算激光长度L_标：L_标＝V·(t_收-t_发)。通过测量得到4个的角度标定点31对应的激光长度L_标1～4、竖向转角β_标1～4、水平转角γ_标1～4可换算出相邻的激光测量装置的竖向角β及水平角γ。

4、通过步骤3可依次从基准点逐个标定其他激光测量装置的竖向角β_(1～n)及水平角γ_(1～n)。

5、激光测量装置的角度标定完成后，数据处理终端控制每个激光测量装置上的转向器1将激光发射角度调节至固定角度，竖向角α＝标定时记录的竖向转角0.25∑β_标1～4、水平角θ＝水平转角0.25∑γ_标1～4，以保证激光在PSD接收标靶的0.5倍标距内，确保长期测量过程中，激光不会超出PSD接收标靶。若在测量过程中，当激光到达PSD接收标靶的矩形接收区域的边界(激光即将超出PSD接收标靶的标距)时，数据处理终端将记录当前所有数据，并对所有激光测量装置重新进行角度标定，再以前次的测量数据为基准继续测量，确保测量数据的延续性。

6、将激光发射角调节至固定角度(α、θ)后，激光发射器每间隔一定时间发射一次激光，同时记录下激光发射时间t_发 ^0～n-1；下一个激光测量装置接收到激光后，记录激光接收时间t_收 ^1～n，并记录不同时刻的激光点在PSD接收标靶上的位置(Y_t1～n，Z_t1～n)。通过激光发射时间t_发 ^0～n-1和接收时间t_收 ^1～n可计算不同时刻的激光长度L_t1～n＝V·(t_收 ^1～n-t_发 ^0～n-1)。

7、通过不同时刻的激光长度Lt1～n、激光点在PSD接收标靶的位置(Y_t1～n，Z_t1～n)、激光发射角度(α、θ)、激光测量装置的竖向角β和水平角γ可推到出测点不同时刻的三维变形(△X_tn，△Y_tn，△Z_tn)的计算关系式：

(1)△X_tn·tanα-△Z_tn＝[(Z_tn-Z_tn-1)/cosγ]·(cosβ+sinβ·tanα)；

(2)[(L_tn-L_tn-1)·cosθ]·(sinα·tanβ+cosα)＝△X+△Z·tanβ；

(3)(Y_tn-Y_tn-1)·cosγ＝△Y；

数据处理终端通过解析上述方程式可换算出各测点在不同时刻对应的三维变形(△X_tn，△Y_tn，△Z_tn)。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种三维变形测量装置，其特征在于，包括：

转向器(1)，设置在所述三维变形测量装置一侧，进行360°旋转，且记录转向角度数据；

激光发射端(2)，设置在所述转向器(1)上，用于发射激光束，且记录激光发射的时间数据；

激光接收端(3)，设置在所述三维变形测量装置相反于所述转向器（1）的一侧，用于接收所述激光束，且记录激光接收的时间数据。

2.根据权利要求1所述的三维变形测量装置，其特征在于，所述三维变形测量装置还包括：

无线传输端，分别与所述转向器(1)、所述激光发射端(2)和所述激光接收端(3)连接，接收和传输所述转向角度数据、所述激光发射的时间数据、所述激光接收的时间数据和控制指令。

3.根据权利要求2所述的三维变形测量装置，其特征在于，所述三维变形测量装置还包括：

数据处理端，与所述无线传输端连接，向所述无线传输端发出所述控制指令，用于控制所述转向器(1)、所述激光发射端(2)和所述激光接收端(3)，接收并处理从所述无线传输端传送来的所述转向角度数据、所述激光发射的时间数据和所述激光接收的时间数据。

4.根据权利要求1所述的三维变形测量装置，其特征在于，所述三维变形测量装置还包括水准泡(4)；

所述水准泡(4)设置在所述三维变形测量装置的顶部居中位置，用于调整所述三维变形测量装置水平。

5.根据权利要求1所述的三维变形测量装置，其特征在于，

所述激光接收端(3)上设置有接收区。

6.根据权利要求5所述的三维变形测量装置，其特征在于，

所述接收区为矩形接收区；

所述矩形接收区上设置有光电感应矩阵，用于记录激光点在所述矩形接收区上的位置，同时记录接收到激光点的时间。

7.根据权利要求6所述的三维变形测量装置，其特征在于，

所述矩形接收区的四条边界的中点设置有角度标定点(31)，用于标定所述激光接收端(3)的角度。

8.根据权利要求1所述的三维变形测量装置，其特征在于，

所述三维变形测量装置整体为立方体状，所述转向器(1)和所述激光发射端(2)所述三维变形测量装置的侧壁上，所述激光接收端(3)设置在所述三维变形测量装置相反于所述转向器(1)和所述激光发射端(2)的侧壁上。

9.根据权利要求7所述的三维变形测量装置，其特征在于，

所述三维变形测量装置底部设置有固定座(5)。

10.一种三维变形测量系统，其特征在于，包括至少两个权利要求1-9任一所述三维变形测量装置。