一种基于激光准直原理的二维位移测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于激光准直原理的二维位移测量装置，包括光学基准模块、位移测量模块，所述光学基准模块固定在基准面上，所述位移测量模块安装于被测物上。所述光学基准模块包括调节支座和固定在其上的激光发生器，所述位移测量模块为二维位移测量盒，包括光扩散板、光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器和4G网络模块，所述光扩散板置于光电晶体管阵列前方，所述光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器、4G网络模块依次连接，本实用新型专利技术的二维位移测量盒体积小，便于现场安装与维护，便于长期监测，适合全天候、实时、自动监测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光二维位移测量装置。
技术介绍
随着我国综合国力的日益增强，交通运输业发展迅速，各类桥梁涵洞及隧道等大型基础设施在铁路和公路交通工程中的重要性日益突出，其安全检测必不可少。桥梁的位移能直接反映结构的施工质量、承载能力和健康状况。随着桥梁健康监测研究工作的进行，出现了许多用于位移及挠度测量的方法和仪器。目前在桥梁长期健康监测技术中，基于光电测量法的桥梁挠度测量技术得到了较快的方法。光电测量法主要有两大类：基于光电成像原理和基于激光准直原理。前者是将光靶标固定在桥面或其他被测点上，在桥墩或者地面固定光电成像装置，光靶标通过光电成像系统上的透镜在光敏探测器上成像，其中光敏探测器一般采用面阵CCD或者CMOS。当光靶标随着被测点产生位移时，光靶标在光敏探测器上的像点会产生成比例的相对位移。像点在光敏探测器上的位移乘以一个放大倍率即是被测点的位移。后者是将激光发生器固定在桥面或者其他被测点上，在桥墩或者地面固定光斑接收装置，激光光斑直接垂直打在光斑接收屏上。当被测点产生位移时，激光发生器与被测点产生同步位移，并且被测点的位移与光斑在光斑接收屏上的位移相同。对于基于光电成像原理的光电测量装置，实际测量时需要知道准确的物距才能知道像点的位移与被测点位移的准确关系。该类仪器一般是在经纬仪的基础上改造的，体积大，不能离开人进行长期自动监测。若是在桥梁运营期进行桥梁挠度测量，往往还需要临时封路。对于基于激光准直原理的光电测量装置，实际测量时去掉了透镜的影响。当装置使用线阵CCD识别光斑位置时，只能测量一维位移，不能进行二维位移测量；当采用图像识别光斑位置时，其响应频率一般在25Hz内，不足以满足桥梁动挠度监测。以上这些缺点都制约了桥梁挠度仪在全天候、实时、自动桥梁动挠度监测中的应用。
技术实现思路
本技术的目的是改进目前的光电测量法，结合现有桥梁挠度检测仪的优点，设计出一种基于激光准直原理的二维位移测量装置，实现全天候、实时、自动监测桥梁的位移。为了达到上述目的，本技术提供了一种基于激光准直原理的二维位移测量装置，包括光学基准模块、位移测量模块，所述光学基准模块固定在基准面上，所述位移测量模块安装于被测物上，所述光学基准模块包括调节支座和固定在其上的激光发生器，所述位移测量模块为二维位移测量盒，包括光扩散板、光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器和4G网络模块，所述光扩散板置于光电晶体管阵列前方，所述光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器、4G网络模块依次连接。所述的二维位移测量装置还包括工程监测机，所述二维位移测量盒通过4G网络模块与工程监测机之间通过无线网络连接。所述工程监测机可为固定式或移动式数据终端。本技术利用了激光单色性好、相干性好、方向性好和亮度高的特性，保证了当被测物产生位移变化时，激光投射在光电晶体管阵列上的光斑位移变化与被测物位移变化相等。同时，与现有的基于光电测量法的桥梁挠度仪不同，所述测量装置采用光电晶体管阵列作为光敏传感器。当激光光斑打在光电晶体管间的间隙时，光电晶体管阵列没有电信号产生，因此使用光扩散板来扩大光斑大小，使光斑至少覆盖两个光电晶体管。当激光经过光扩散板放大以后，光斑的光强沿半径方向呈正态分布。不同光强的光打在光电晶体管上会产生成正比的电压，根据电压的大小来计算光斑中心的位置。因此，当激光的光斑投射在光电晶体管阵列上时，接收到激光的光电晶体管产生电压信号，通过扫描电路和AD采集电路将该电压信号传递给MCU处理器，MCU处理器对电流强度进行分析后输出激光光斑在光电晶体管阵列上的坐标。本装置的优点如下：1、现有的基于光电成像原理的桥梁挠度仪采用CCD面阵作为光敏传感器，一般是在经纬仪的基础上改造而成，体积较大，使用麻烦，在测量桥梁动挠度时，往往需要占道或者封路。本装置采用光电晶体管阵列作为光敏传感器后，体积变的很小，适合将二维位移测量盒固定在被测物上，并做长期监测；2、本技术在实际测量中，采样频率可以达到100Hz，足够满足对桥梁动挠度的监测，可以完整监测出桥梁的振动过程；3、现有的基于光电测量法的桥梁挠度仪都需要使用电脑做数据处理，那么在野外作业时，电脑的续航能力将大大限制该类桥梁挠度仪的使用范围。本技术使用的光电晶体管阵列的晶体管密度小，数据处理简单，因此在二维位移测量盒中内置低功耗的MCU处理器，即可实现全天候监测；4、光电晶体管阵列的面积可以随意扩展，因此本装置的量程也可以随着光电晶体管阵列的面积随意扩展，并且不会影响到精度；5、考虑到桥梁位移监测时，安装条件有很大的不确定性，特别是野外作业，因此本技术使用4G网络模块将数据传输到云端，监测人员可通过手机、电脑、平板等从云端下载监测数据，以此做到远距离实时监测，节省人力。附图说明图1为本技术提供的基于激光准直原理的二维位移测量系统的示意图。图2为二维位移测量盒内部结构示意图。图3为光电晶体管阵列上光斑示意图。图4为激光光斑上光强随坐标变化示意图。图中：1、光学基准模块；2、激光发生器；3、调节支座；4、二维位移测量盒；5、光扩散板；6、工程监测机；7、被测物；8、光电晶体管阵列；9、扫描电路；10、AD采集电路；11、MCU处理器；12、4G网络模块。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的说明。如图所示，一种基于激光准直原理的二维位移测量装置，包括光学基准模块1、位移测量模块，所述光学基准模块1固定在基准面上。所述位移测量模块安装于被测物7上，所述光学基准模块1包括调节支座2和固定在其上的激光发生器2，所述位移测量模块为二维位移测量盒，包括光扩散板5、光电晶体管阵列8、扫描电路9、AD采集电路10、MCU处理器11和4G网络模块12。所述光扩散板5置于光电晶体管阵列8前方，所述光电晶体管阵列8、扫描电路9、AD采集电路10、MCU处理器11、4G网络模块12依次连接。所述的二维位移测量装置还包括工程监测机6，所述二维位移测量盒通过4G网络模块12与工程监测机6之间通过无线网络连接。所述工程监测机6可为固定式或移动式数据终端。本技术的工作原理是：用调节支座3将激光发生器2固定在基准面上，并调整发射激光的角度，将二维位移测量盒4安装在被测物7上；所述激光发生器2发射的激光垂直打在所述光扩散板5上；激光穿透所述光扩散板5后光斑扩大，并垂直打在所述光电晶体管阵列8上；所述光电晶体管阵列8将光信号转化为电信号，电信号通过扫描电路9和AD采集电路10处理后传输给MCU处理器11，所述MCU处理器11通过电信号计算出光斑坐标，把这个光斑坐标减去初始值，即可得到被测物的位移；所述4G网络模块12将处理后的信息传输到互联网云端，所述工程监测机6从互联网云端下载监测数据。本测量装置计算光斑中心坐标的方法，下面举例说明:图3的阴影部分是激光穿过光扩散板后打在光电晶体管阵列8上的区域，(x0，y0)是光斑的中心点坐标，(x1，y1)、(x２，y1）、（x1，y2)和(x2，y2)是激光光斑所覆盖的四个光电晶体管单位的坐标，四个光电晶体管的增益系数分别是g1、g2、g3、g4,产生的电压分别为v1、v2、v3、v4。当激光穿过光扩散板后，光强I随离光斑中心的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光准直原理的二维位移测量装置，包括光学基准模块、位移测量模块，所述光学基准模块固定在基准面上，所述位移测量模块安装于被测物上，其特征在于所述光学基准模块包括调节支座和固定在其上的激光发生器，所述位移测量模块为二维位移测量盒，包括光扩散板、光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器和4G网络模块，所述光扩散板置于光电晶体管阵列前方，所述光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器、4G网络模块依次连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光准直原理的二维位移测量装置，包括光学基准模块、位移测量模块，所述光学基准模块固定在基准面上，所述位移测量模块安装于被测物上，其特征在于所述光学基准模块包括调节支座和固定在其上的激光发生器，所述位移测量模块为二维位移测量盒，包括光扩散板、光电晶体管阵列、扫描电路、AD采集电路、MCU处理器和4G网络模块，所述光扩散板置于光电晶体管阵列前方，所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚廉溟，姚鸿梁，徐辉，王琛，
申请(专利权)人：嘉兴同禾传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33