一种自动调平高精度测量仪及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种自动调平高精度测量仪及测量方法，用于测量建筑物、大型构件类设备的沉降值和水平位移值。该测量仪包括调平系统、主控系统和电子水准尺，其中调平系统包括吊杆、激光器、下摆部分及阻尼系统，激光器与下摆部分成90度固接，激光器与吊杆通过吊点连接；主控系统包括主机控制系统、通信系统和旋转电动机，用于完成主机和电子水准尺上从机的通信，并控制激光器的转动及发射；电子水准尺包括水准尺、成像系统、升降电动机，其中成像系统由透镜、图像传感器及控制模块组成。该测量仪利用下摆部分静止时重心竖直向下的特性完成激光器的自动安平，使激光器射出水平准直激光光束到固定的水准尺上的成像系统并完成竖向及水平位移测量。向及水平位移测量。向及水平位移测量。

【技术实现步骤摘要】
一种自动调平高精度测量仪及测量方法


[0001]本专利技术涉及测量
，具体涉及一种自动调平高精度测量仪及测量方法。

技术介绍

[0002]目前，对于建筑物、大型构件类设备的沉降值和水平位移值的测量大多采用以下方式：1)基于全站仪来测量。其缺点在于全站仪在测量时，需要由专业技术人员去测量、观察，难以实现全自动实时测量和数据的传输，并且人为误差较大；2)采用自动测量机器人来测量。其缺点是自动测量机器人价格非常高，维护麻烦，不适于大面积推广和应用。如今市场上的自动安平测量仪，是在一定的竖轴倾斜范围内，利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数的测量仪。这种自动安平测量仪用自动安平补偿器代替管状水准器，在仪器微倾时补偿器受重力作用而相对于望远镜筒移动，使视线水平时标尺上的正确读数通过补偿器后仍旧落在水平十字丝上。用此类测量仪观测时，当圆水准器气泡居中仪器放平之后，不需再经手工调整即可读得视线水平时的读数。它简化了操作手续，提高了作业速度，减少了外界条件变化所引起的观测误差。但是，由于其无法解决通过望远镜在水准尺上读取数据的读数误差，以及三大系统误差：视准线零位误差、视准线补偿误差、补偿交叉误差。基于此，研究人员提出一些新方法，中国专利：一种激光位移测量装置及其测量方法，201810772647.4,2018
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13,该专利技术通过激光测距仪发射激光至检测面上，通过面阵CCD扫描装置在检测面内的来回扫描，可实现对光斑形状和位置的判断，并通过测量光斑在检测面的位置变化来计算测量装置的沉降值。但是由于现今面阵CCD装置尺寸较小，来回扫描光斑效率会较低，且装置固定在桥墩上激光水平效果不好。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种自动调平高精度测量仪及测量方法。该测量仪利用调平系统静止时重心竖直向下的特性自动安平，利用阻尼系统减轻振动的影响，从而使没有附加倾角的激光器快速射出准直激光光束。激光器发出的水平光束射入到透镜上，刻度标识及激光光斑经过透镜缩放后投射至图像传感器的感光点阵上，从机控制模块通过图像传感器获取的数据推算出水平或者竖向的位移。同时，测量仪通过具有旋转功能的电动机与升降电动机完成不同测点的自动化测量。
[0004]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0005]一种自动调平高精度测量仪，其特征在于，所述测量仪包括调平系统、主控系统、电子水准尺和装置外壳；
[0006]所述调平系统包括吊杆、激光器、下摆部分及阻尼系统，其中，所述激光器与下摆部分成90度固接，所述吊杆与装置外壳采用铰接，所述激光器与吊杆通过吊点连接，所述下摆部分放置在阻尼系统中，通过阻尼系统消除振动；
[0007]所述主控系统包括主机控制模块、主通信模块及旋转电动机，所述旋转电动机接收主机控制模块的控制指令；所述旋转电动机与激光器通过吊点连接，控制激光器旋转并
射出水平准直激光；
[0008]所述电子水准尺包括水准尺、成像装置、从通信模块、从机控制模块及升降电动机，所述成像装置包括透镜和图像传感器，所述成像装置通过升降电动机驱动力在水准尺上下滑动，所述升降电动机接收从机控制模块的控制指令；
[0009]所述测量仪利用调平系统稳定时处于竖直状态的特性完成激光器的自动安平，从而使激光器射出水平准直激光光束到固定的水准尺的图像传感器上测量水平、竖向坐标；
[0010]所述调平系统与电子水准尺竖直放置，所述激光器发出的水平光束射入到透镜上，刻度标识及激光光斑经过透镜缩放后投射至图像传感器的感光点阵上，所述从机控制模块通过图像传感器获取的坐标推算出光斑在水平、竖向的位移。
[0011]优选的实施方式中，所述阻尼系统为盛有高粘度液体的器皿，在下摆部分往复运动中通过液压阻力使摆动快速停止；或者所述阻尼系统为由磁铁和铝板构成的磁阻尼器，其中磁铁设置于单摆系统底部，并位于铝板上方，在下摆部分往复运动中通过切割磁感线作用使摆动快速停止，消除振动的影响。
[0012]优选的实施方式中，所述测量仪利用调平系统中下摆部分静止时重心竖直向下的特性完成激光器的自动安平，从而使与其相连的激光器射出水平准直光束。
[0013]优选的实施方式中，激光器射出水平激光光束至电子水准尺的透镜上，刻度标识及激光光斑经过透镜缩放至图像传感器感光点阵上，利用高斯成像原理，根据图像传感器上刻度标识与光斑位置推算出入射光束在透镜中的坐标。
[0014]优选的实施方式中，在图像传感器前增加透镜组成成像装置，通过透镜使光斑聚焦投射在图像传感器视场内，使图像传感器能精确捕捉到激光。
[0015]优选的实施方式中，水准尺每隔一段尺寸设置一个卡槽，当光束射入到水准尺的成像装置上时，通过从机控制模块控制升降电动机使成像装置每次移动到相邻两卡槽之间，直到图像传感器捕捉到光斑信息，将成像装置固定在相邻两卡槽之间，此时进入测量状态。
[0016]优选的实施方式中，水准尺的两侧平行线上分别贴有光敏电阻阵列，所述光敏电阻阵列为等间距设置的一系列光敏电阻，当激光器逐步旋转扫射到水准尺的一光敏电阻时，光敏电阻感应并发出信号至从机控制模块，此时激光光束和水准尺在同一个平面内，旋转定位完成；从机控制模块发送指令给从通信模块，主机控制模块接收到主通信模块指令后，控制旋转电动机使激光器停止旋转之后，通过升降电动机驱动成像装置移动，使入射激光射入到高精度的图像传感器内。
[0017]优选的实施方式中，旋转电动机控制激光器旋转并调整射出水平准直激光，因此，测量仪通过与吊杆相连的旋转电动机实现自动旋转，测量不同观测点的坐标。
[0018]本专利技术的另一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0019]一种自动调平高精度测量仪的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
[0020]激光器通过自动调平射出水平准直光束，主控系统的旋转电动机控制激光器旋转；
[0021]当激光器旋转扫射到水准尺的光敏电阻时，光敏电阻感应并发出信号至从机控制模块，此时激光光束和水准尺在同一个平面内，旋转定位完成；
[0022]从机控制模块发送指令给从通信模块，主机控制模块通过主通信模块接收到从通
信模块指令后，控制旋转电动机使激光器停止旋转，同时，从机控制模块控制升降电动机使成像装置每次移动到相邻两卡槽之间，直到图像传感器捕捉到光斑信息，将成像装置固定在相邻两卡槽之间进入测量状态；
[0023]激光器发出的水平光束射入到透镜上，刻度标识及激光光斑经过透镜缩放后投射至图像传感器的感光点阵上，从机控制模块通过图像传感器获取的数据推算出水平或者竖向的位移。
[0024]优选的实施方式中，通过调节阻尼系统中液体或者磁流变阻尼器的阻尼比消除振动。
[0025]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0026]1)本专利技术公开的自动调平高精度测量仪，利用调平系统静止时重心竖直向下的特性自动安平，利用阻尼系统减轻振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动调平高精度测量仪，其特征在于，所述测量仪包括调平系统、主控系统、电子水准尺和装置外壳；所述调平系统包括吊杆、激光器、下摆部分及阻尼系统，其中，所述激光器与下摆部分成90度固接，所述吊杆与装置外壳采用铰接，所述激光器与吊杆通过吊点连接，所述下摆部分放置在阻尼系统中，通过阻尼系统消除振动；所述主控系统包括主机控制模块、主通信模块及旋转电动机，所述旋转电动机接收主机控制模块的控制指令；所述旋转电动机与激光器通过吊点连接，控制激光器旋转并射出水平准直激光；所述电子水准尺包括水准尺、成像装置、从通信模块、从机控制模块及升降电动机，所述成像装置包括透镜和图像传感器，所述成像装置通过升降电动机驱动力在水准尺上下滑动，所述升降电动机接收从机控制模块的控制指令；所述测量仪利用调平系统稳定时处于竖直状态的特性完成激光器的自动安平，从而使激光器射出水平准直激光光束到固定的水准尺的图像传感器上测量水平、竖向坐标；所述调平系统与电子水准尺竖直放置，所述激光器发出的水平光束射入到透镜上，刻度标识及激光光斑经过透镜缩放后投射至图像传感器的感光点阵上，所述从机控制模块通过图像传感器获取的坐标推算出光斑在水平、竖向的位移。2.根据权利要求1所述的一种自动调平高精度测量仪，其特征在于，所述调平系统的阻尼系统为盛有高粘度液体的器皿，或者为由磁铁和铝板构成的磁阻尼器，当阻尼系统为磁阻尼器时，磁铁设置于单摆系统底部，并位于铝板上方。3.根据权利要求1所述的一种自动调平高精度测量仪，其特征在于，所述测量仪利用调平系统中下摆部分静止时重心竖直向下的特性完成激光器的自动安平，从而使与其相连的激光器射出水平准直光束。4.根据权利要求1所述的一种自动调平高精度测量仪，其特征在于，所述激光器射出水平激光光束至电子水准尺的透镜上，刻度标识及激光光斑经过透镜缩放至图像传感器感光点阵上，利用高斯成像原理，根据图像传感器上光斑位置推算出入射光束在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仕平，张敏，李开，
申请(专利权)人：中新国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：