多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备技术

一种多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备，其特征在于：基准单元１发出特定波长的激光束到固定在被测结构上的靶台单元２的靶面；靶台单元２用其中的ＣＣＤ器件摄录所述激光束，并对所述激光束的二维位置和形状进行数字化处理，然后将这些数字信号用微波传送到主控机单元４；主控机单元４对所接收的数字信号进行解调，并根据解调的数字信号计算出所述结构的二维位移。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及大型结构的测量技术，属结构检测领域，具体地涉及一种多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备。现有技术目前结构静态位移测试的主要测量仪表是位移计。根据不同的工作原理，位移计又分为电测位移计和机械式位移计。但这些位移计从测量方式上讲都属相对式测量，需要在被测点旁提供附加不动点，用于固定位移计。目前国内外对大跨桥梁、高层建筑结构等的位移测试，由于无法在被测结构旁提供相对于结构变化无关的不动点作参考点，因此对这类位移测量只能借助于采用非接触光学测量。由于光学测量设备的分辨率和空气折射及人为观察误差等影响，存在较大的测量误差。目前即使最好的光学测试设备，在100m的距离上也仅能做到0.5mm级的测量分辨率，达不到结构位移精密测量的目的，也使希望通过结构位移的反演达到评判结构的目的无法实现。同时，目前的检测方法每次仅能解决一维的位移测量，需人为介入，速度慢，观察目标单一，无法达到多目标、同步检测的要求。对于大跨桥梁、高层建筑结构的自振位移测试，目前主要是应用超低频加速度计或速度计配合二次仪表实现，但由于结构自振频率低，需要二次仪表具有极低的响应频率，特别是在准静态情况下，误差急剧增大。同时由于传感器本身的自振特性影响，对测量结果带来很大误差，达不到精密测量的要求。因此，大型结构的二维位移测量是目前结构检测领域的重大技术难题。专利技术概述本专利技术的目的是要提供一种多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备。它解决了大型结构多目标二维静、动位移的远程测量，并同时完成结构自振特性的测量。使测量精度比传统方法有一个数量级以上的提高，从而使大型结构位移和自振特性的准确测试得已实现。按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法，其特征在于基准单元发出特定波长的激光束到固定在被测结构上的靶台单元的靶面；靶台单元摄录所述激光束，并对所述激光束的位置和形状进行数字化处理，然后将这些数字信号发送到主控机单元；主控机单元对所接收的数字信号进行解调，并根据解调的数字信号计算出所述结构的位移。按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法，其进一步特征在于所述靶台单元对由其CCD器件摄录的所述激光束的二维平面位置和形状进行数字化处理；相应地主控机单元对所接收的数字信号进行解调，并根据解调的数字信号计算出所述结构的二维位移。所述主控机单元根据不同的测量要求，输出结构的二维位移坐标、结构的动位移曲线。所述主控机单元时分地接收来自多个目标的激光束，对所接收的多路数字信号进行解调，并根据所解调的数字信号计算出多目标大型结构的位移。按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量设备，其特征在于它包括基准单元，用于发出特定波长的激光束到固定在被测结构上的靶台单元的靶面；靶台单元，用于摄录所述激光束，并对所述激光束的位置和形状进行数字化处理，然后将这些数字信号发送到主控机单元；主控机单元，用于对所接收的数字信号进行解调，并根据解调的数字信号计算出所述结构的位移。按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量设备，其进一步特征在于所述靶台单元包括CCD器件，用于摄录所述激光束的二维平面位置和形状，并对它们进行数字化处理；相应地主控机单元对所接收的数字信号进行解调，并根据解调的数字信号计算出所述结构的二维位移。所述主控机单元根据不同的测量要求，输出结构的二维位移坐标、结构的动位移曲线。所述主控机单元时分地接收来自多个目标的激光束，对所接收的多路数字信号进行解调，并根据所解调的数字信号计算出多目标大型结构的位移。本专利技术测量时无需提供附属固定设施，也不存在人为观察误差，由计算机直接控制，对多目标结构平面位移、动态位移、振动周期等一次测量完成。尤其是对结构的超低频振动测量精度高，不存在传感器自振特性的影响问题。用途它能实现高层建筑结构、大跨度桥梁、高耸烟囱等结构的多点静动位移精确同步测量。它无需提供附属固定设施，也不存在人为的观察误差，测量量程大、速度快、精度高。可广泛应用于高层建筑结构的摆动测量，大跨桥梁跨中静、动位移测量，高耸烟囱的风振测试及道路，机场跑道的弯沉测量等结构检测领域。该系统的最大优点在于1、它能非常精确有效地测出大型结构的静、动二维位移而无需借助辅助固定架等设备。2、它无需人工观察、判读，从根本上杜绝了人为误差。3、测量速度成倍提高。4、能一次完成多目标的测量任务。5、能直接测量平面位移。6、能对结构超低频振动特性进行有效直接测量，无需借助于其它物理量的转换。测量精度成倍地提高。7、该测试技术很好地解决了目前困扰大型结构位移准确测量的难题。为运用位移反演求解大型结构内力提供了可能。 附图说明图1是本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法及其设备的整体示意图。图2是按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量设备中的基准单元的结构方框图。图3是按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量设备中的目标靶台单元的结构方框图。图4是按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量设备中的主控机单元的结构方框图。图5是按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法和设备中的数据采集软件的流程图。图6是按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法和设备中的测量计算主流程图。图7是按照本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法和设备中的控制流程图。最佳实施例的详细描述参见图1，本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量设备包括三个部分基准单元1，靶台单元2，主控机单元4。基准单元1置于离被测点一定距离的地面，要求地面稳定，不受结构试验时，结构位移变化的影响。靶台单元2置于大型建筑物3的需测结构位移的部位，其靶面对向基准单元。主控机单元4可置于离被测结构一定距离的任意区域内，由试验人员操作、控制。本专利技术的多目标大型结构二维位移远程测量方法如下当需要测试位移时，由试验人员通过主控机单元4操作键盘，启动控制软件；主控机单元4发出测量命令；通过调制器和微波放大器(未显示)，将控制命令用微波发自基准单元；基准单元1起动其中的激光器(参见图2)工作，发出特定波长的激光束到靶台单元2的靶面；在靶台单元2中经过物理滤波，由CCD摄录激光束，经一系列数字化处理后，将激光束的平面位置和形状用微波连续传送到主控机单元4；主控机单元4经过数字解调，可立即测量出结构的二维位移；根据不同的测量要求，可输出结构的二维位移坐标、结构的动位移曲线；也可根据测量需要，自动定时测量、记录。图2显示了基准单元的结构方框图。其中，11---为激光器(不同的测量距离选用不同性质的激光器)；12---为光学聚焦单元；13---为恒温单元；14---为精密稳压稳流器；15---为供电单元；16---为受控单元；17---支撑固定单元；18---发射/接收天线。激光器11采用氦-氖激光或半导体激光，选用的原则主要是根据距离的远近和天气的情况决定。输出功率从几十毫瓦到瓦级。在远距离测量时，无论是氦氖还是半导体激光都存在发散的问题，为了尽可能的增大测量的动态范围，应尽可能的缩小光斑的尺寸，因此系统中引入了光学聚焦单元12，通过适当的调节能保证在给定的测量距离上光斑最小。恒温单元13主要是解决激光器在较长时间工作时，由于温度的上升而引起光斑强弱的变化。采用先进的半导体制冷和闭环控制技术，确保系统稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多目标大型结构二维位移远程测量方法，其特征在于：基准单元（１）发出特定波长的激光束到固定在被测结构上的靶台单元（２）的靶面；靶台单元（２）摄录所述激光束，并对所述激光束的位置和形状进行数字化处理，然后将这些数字信号发送到主控机单 元（４）；主控机单元（４）对所接收的数字信号进行解调，并根据解调的数字信号计算出所述结构的位移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：程华，
申请(专利权)人：程华，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]