CN2290028Y - 拱坝三维变形全自动追迹监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种拱坝三维变形全自动追迹监测装置,它包括有若干测量平台,每个测量平台均为三轴结构,能自动地绕铅垂轴和垂直于激光束轴的水平轴转动,其上设有摆式光学机械补偿器;每个测量平台上设有发射端及接收端,发射端装有半导体激光发射器,接收端装有光电位移传感器、机电位移传感器及光电位移差动传感器,上述传感器通过接口电路与计算机相连,测量平台之间设置有氦管。

Description

拱坝三维变形全自动追迹监测装置

本实用新型涉及一种拱坝三维变形全自动追迹监测装置，属于计算机控制的以激光为光源的光电全自动测量装置，适用于巨型建筑及大地形变的监测，尤其适用于拱坝三维形变的监测。

拱坝是曲线型坝，与重力坝等直线型坝相比，它的三维位移观测要复杂得多，直到目前为止，国内外仍没有令人满意的观测手段。

本实用新型的目的在于提供一种拱坝三维变形全自动追迹监测装置，通过该装置能监测坝体的三维空间曲线上所设定的全部被测点的三维位移，它包括绝对位移和相对位移。

本实用新型的目的是这样实现的：

它是由若干相互之间有一定间隔的、有光电联系的测量平台组成的。测量平台为精密的三轴结构，由步进电机驱动绕铅垂轴和垂直于激光束轴的水平转动。摆式光学机械补偿器与测量平台相连。测量平台之间设有氦管，氦管的一端通过可转动的铰链与平台固定连接，氦管的另一端通过可自由滑动的铰链与机电位移传感器相连。每个测量平台上分别设有发射端及接收端，发射端装有半导体激光发射器，接收端分别装有用于测径向和垂向的光电位移传感器，用于测量切向的机电位移传感器及用于克服大坝变形时产生垂向转角的光电位移差动传感器，上述传感器通过接口电路与计算机相连，由计算机进行数据处理。

本实用新型的优点如下：

1、既提高了工作效率，又改善了工作环境；

2、无测量原理误差，精度高；

3、可同时测量三维位移；

4、径向结构小；

5、无需观测前抽真空，氦气无渗漏，可根据情况5年检修一次；

6、自动运行，全自动运行，实时监测；

7、激光使用寿命长＞5万小时；

8、维修方便。

图1为本实用新型方框图。

图2为本实用新型单元框图。

图3为本实用新型结构示意图。

图4为机电位移传感器与氦管连接图。

下面结合附图详细描述本实用新型：

如图1-4所示，它是由若干相互之间有一定间隔的，有光电联系的测量平台2组成的。测量平台为精密的三轴结构，由步进电机驱动绕铅垂轴和垂直于激光束轴的水平转动。摆式光学机械补偿器与测量平台相连。测量平台之间设有氦管6，氦管6的一端通过可转动的铰链与平台固定连接，氦管6的另一端通过可自由滑动的铰链与机电位移传感器7相连。每个测量平台上分别设有发射端及接收端，发射端装有半导体激光发射器1，激光截面为圆形。接收端分别装有用于测量径向和垂向的光电位移传感器4、用于测量切向的机电位移传感器7及用于克服大坝变形(扭曲)时产生垂向转角的光电位移差动传感器3，上述传感器通过接口电路与计算机相连，由计算机进行数据处理。

所述的用于测量径向和垂向的光电位移传感器4可以是四象限硅光电池。其工作原理是，在一个被监测点I向另一个被监测点J的方向投射定向激光束，J点处设置四象限硅光电池，用以测量该激光束轴的垂轴位移(包括径向和垂向)，以电量输出，与计算机配合实现两维位移的自动测量。

所述的用于测量切向的机电位移传感器7，可以是线性电位电子尺。其工作原理是：一刚体(此处可利用氦管)，在其一端用可自由转动的铰链固定于I平台，另一端过J平台处的铰链且可自由伸缩，该刚体在J处与机电位移传感器相联，J平台相对I平台沿激光束方向的位移通过机电位移传感器以电量形式输给计算机，实现第三维方向的位移测量。

所述的用于克服大坝变形时产生径向转角的光电位移差动传感器3，其工作原理是：使从I平台射出的激光束在J平台的反光镜5上返回到I平台的光电位移差动传感器上，当J相对I发生水平转动时，返回I处的光斑偏离传感器上的平衡位置，传感器产生差动信号，指令J处的步进电机驱动J平台水平转动，光斑回复到传感器的平衡位置时，J相对I的转动被消除。

所述的氦管为两端光学密封的金属长管，经真空处理后，灌氦气，并通过法兰密封与测量平台连接。

本实用新型的操作过程如下：

被监测量：

1)测量坐标系

X轴与拱坝径向方向重合(简称径向)，Z轴与拱坝的切线方向重合(简称切向)，Y轴与重力方向重合(简称垂向)。

2)被监测量为被监测点的空间位移，坝体上被监测点的三维位移为：ΔX、ΔY、ΔZ。

监测方法：

1)绝对参考坐标系：在各坝段上设监测点，测量系统在O点设在相对坝基不动的基岩上(或从倒锤处引出)，从设在绝对参考系上的被监测点开始，用逐段传递的方式测量各坝段上所设监测点相对参考坐标系的位移。

绝对参考坐标系可从倒锤用光电方法导出。

2)在每个监测点设置一个同样的微型激光测量平台，测量平台为三轴刚性结构，其上分别安装激光测量的发射端和接收端。接收端装有四象限硅光电池(即光电位移传感器)，接收上一个测量平台上激光发射器发出的测量激光，完成本测量平台相对上一个平台垂直于激光束方向位移的测量。发射端装有半导体激光发射器，向下一个测量平台发射激光测量光束。相邻两测量平台间的距离变化是用机电位移传感器测出的。

3)为保证光路大气的稳定，避免水湿气、温度梯度对光路的影响，故设计采用激光在氦管中传播方式。

4)当大坝变形(扭曲)时要产生沿径向和垂向两个转角，它将对位移监测是否准确产生至关重要的影响。采用自动安平技术保证了相邻平台间在沿测量激光轴的铅垂面内无相对转动，采用自动光电定向技术保证相邻平台间在水平面内无相对转动。这就从根本上保证了测量激光轴的空间方向相对于绝对参考系不变，从而使测量激光轴相对位移传感器无转动，以排除拱坝扭曲对位移测量的影响。

5)如设基准平台为0号平台，相对绝对参考系不动。各坝段被监测点平台依次为1，2，3……，故从1号平台可测出相对于0号平台的三个位移分量，在2处可测出2号平台相对1号平台的三个位移分量；则2相对0号的位移可用矢量迭加方法求出。其它各点依此类推，即可导出各坝段的位移。

数据处理：

测量数据是由光电传感器通过接口电路直接由计算机处理，可在任意时间瞬间完成全程测量，测量结果可立即显示，亦可转为数据文件存储。

Claims (1)

1、一种拱坝三维变形全自动追迹监测装置，其特征在于它是由若干相互之间有一定间隔的，有光电联系的测量平台组成的；测量平台为精密的三轴结构由步进电机驱动绕铅垂轴和垂直于激光束轴的水平转动；摆式光学机械补偿器与测量平台相连；测量平台之间设有氦管，氦管的一端通过可转动的铰链与平台固定连接，氦管的另一端通过可自由滑动的铰链与机电位移传感器相连；每个测量平台上分别设有发射端及接收端，发射端装有半导体激光发射器，接收端分别装有用于测径向和垂向的光电位移传感器，用于测量切向的机电位移传感器及用于克服大坝变形时产生垂向转角的光电位移差动传感器，上述传感器通过接口电路与计算机相连，由计算机进行数据处理。