一种多点激光位移监测装置、系统以及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多点激光位移监测装置、系统以及方法，其中，监测装置设置于建筑物的预设范围内，且监测装置的视场角覆盖建筑物；监测装置包括：激光测距机；振镜电机，用于在受控时将振镜镜面进行偏转，以实现将激光测距机所投射的光束反射至若干不同位置点进行多点测量；伺服控制模块，用于在接收位置信息指令时控制振镜电机的振镜镜面偏转；以及，分别与激光测距机与伺服控制模块连接的主控器，主控器用于向伺服控制模块发送位置信息指令。本发明专利技术提供一种简易高效的多点激光位移监测方案，彻底克服单点激光位移监测的缺点，提高系统的实用性和经济性，简化部署和操作方式，大大提高建筑物位移监测的效率，保障现场作业人员的安全。全。全。

【技术实现步骤摘要】
一种多点激光位移监测装置、系统以及方法


[0001]本专利技术涉及激光位移监测
，尤其涉及一种多点激光位移监测装置、系统以及方法。

技术介绍

[0002]近些年自然灾害频发，建筑物年久失修或质量不过关，非常容易坍塌。救援队伍在坍塌建筑物中搜救被困人员时，容易受到建筑物二次坍塌而威胁到生命安全。目前常规的做法是将激光测距机架设在距离坍塌建筑物安全距离以外，激光测距机对建筑物外墙进行单点持续测量，监测建筑物的位移形变，当监测到位移值发生较大变化，立即发出声光报警信号，提示现场作业的救援人员。
[0003]现有的激光位移监测技术使用的单点激光测距原理来实现对建筑物位移形变的测量，但是该项技术存在较大的缺点是一个点的监测无法充分表现建筑物整体形变的情况，存在很高的漏警和虚警，而现场部署多台激光位移监测设备，在一定程度上能改善报警的准确度，但是带来的问题是多设备协同工作及信息传输的问题，也增加了现在操作人员的负担，实用性和经济性大打折扣。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种多点激光位移监测装置、系统以及方法，其解决了现有的激光位移监测方案所布设的监测点数量上有限制，进而影响监测精度，即使采取部署多台监测设备的方法也会带来多设备协同工作、信息传输以及经济成本的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种多点激光位移监测装置，所述监测装置设置于建筑物的预设范围内，且所述监测装置的视场角覆盖建筑物；所述监测装置包括：
[0009]激光测距机；
[0010]振镜电机，用于在受控时将振镜镜面进行偏转，以实现将所述激光测距机所投射的光束反射至若干不同位置点进行多点测量；
[0011]伺服控制模块，用于在接收位置信息指令时控制所述振镜电机的振镜镜面偏转；以及，
[0012]分别与所述激光测距机与所述伺服控制模块连接的主控器，所述主控器用于向所述伺服控制模块发送位置信息指令。
[0013]可选地，
[0014]所述激光测距机测距的测量精度达到1mm以内，激光的发射频率为每秒9～11Hz；
[0015]所述振镜电机的振镜镜面镀设有激光反射膜，所述振镜电机的偏转角度范围为0
°
～40
°
。
[0016]可选地，所述主控器还设有用于显示工作状态和指标参数的显示模块。
[0017]可选地，所述监测装置还包括：
[0018]与所述主控器连接的报警模块，所述报警模块包括：蜂鸣器、爆闪灯的一种或多种；
[0019]与所述主控器连接的无线传输模块；
[0020]分别与所述激光测距机、所述无线传输模块、所述伺服控制模块、所述主控器连接的电池组件。
[0021]第二方面，本专利技术实施例提供一种多点激光位移监测系统，包括：远程控制中心以及与所述远程控制中心通信连接的如上所述的多点激光位移监测装置；
[0022]所述多点激光位移监测装置将激光测距结果传输至所述远程控制中心，并接收所述远程控制中心依据所述激光测距结果所作出的反馈指令。
[0023]第三方面，本专利技术实施例提供一种多点激光位移监测方法，应用于如上所述的多点激光位移监测装置，包括：
[0024]所述主控器向所述伺服控制模块输出位置信息指令，以使所述伺服控制模块驱动所述振镜电机偏转至若干不同角度；
[0025]所述主控器控制所述激光测距机对所述振镜电机偏转至若干不同角度下的每一位置点进行距离测量，通过将建筑物位移形变的点测量转化为线测量，得到建筑物的位移形变量；
[0026]当监测到建筑物的部分位置点的位移值超出报警阈值时，所述控制器通过预先设置的报警模块发出声光报警信息。
[0027]可选地，所述主控器向所述伺服控制模块输出位置信息指令，以使所述伺服控制模块驱动所述振镜电机偏转至若干不同角度之前，还包括：
[0028]对所述报警模块进行激光报警阈值设置，以及对所述激光测距机进行激光选通距离设置。
[0029]可选地，所述主控器控制所述激光测距机每隔1
°
测量一个距离值，在40
°
的范围内获取40个距离值，且所述主控器通过所述伺服控制模块在控制过程中将所述振镜镜面的偏转角度控制在10μrad内，以达到在100m内维持所述激光测距机1mm的监测精度。
[0030]可选地，所述伺服控制模块对所述振镜电机采用增量式PID控制算法，实现过程如下：
[0031]所述伺服控制模块先将增量式PID控制器的参数初始化；
[0032]所述伺服控制模块实时采集振镜电机的振镜位置值；
[0033]所述伺服控制模块依据不同时刻下的所述振镜位置值，通过增量式PID控制器得到不同时刻下的控制量，进而得到针对所述振镜电机的稳定控制量；
[0034]其中，增量式PID控制器的表达式通过如下步骤得到：
[0035]将获取的PID控制器表达式进行包含采样时刻点代替连续时间、和式代替积分以及增量代替微分的离散化处理得到离散化的PID控制器表达式；
[0036]求取任意一时刻的离散化的PID控制器表达式与上一时刻的离散化的PID控制器表达式的差，得到增量式PID控制器的表达式。
[0037]可选地，
[0038]所述PID控制器表达式为：
[0039][0040]式(1)中，e
(t)
为误差，e
(t)
＝i
t
‑
o
t
，输入量为i
t
，输出量为o
t
；u(t)为输出量，k
P
为比例增益，T
i
为积分增益，T
D
为微分增益，t为连续时间；
[0041]所述采样时刻点代替连续时间的表达式为：
[0042]t≈kT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0043]式(2)中，k为采样点数，T为采样周期
[0044]所述和式代替积分的表达式为：
[0045][0046]式(3)中，j为离散化的时间点；
[0047]所述增量代替微分的表达式为：
[0048][0049]所述离散化的PID控制器表达式为：
[0050][0051]式(5)中，k
i
为积分系数、k
d
为微分系数；
[0052]所述上一时刻的离散化的PID控制器表达式为：
[0053][0054]所述增量式PID控制器的表达式：
[0055]Δu(k)＝k
p
[e(k)
‑
e(k
‑
1)]+k
i
e(k)+k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多点激光位移监测装置，其特征在于，所述监测装置设置于建筑物的预设范围内，且所述监测装置的视场角覆盖建筑物；所述监测装置包括：激光测距机；振镜电机，用于在受控时将振镜镜面进行偏转，以实现将所述激光测距机所投射的光束反射至若干不同位置点进行多点测量；伺服控制模块，用于在接收位置信息指令时控制所述振镜电机的振镜镜面偏转；以及，分别与所述激光测距机与所述伺服控制模块连接的主控器，所述主控器用于向所述伺服控制模块发送位置信息指令。2.如权利要求1所述的一种多点激光位移监测装置，其特征在于，所述激光测距机测距的测量精度达到1mm以内，激光的发射频率为每秒9～11Hz；所述振镜电机的振镜镜面镀设有激光反射膜，所述振镜电机的偏转角度范围为0
°
～40
°
。3.如权利要求1所述的一种多点激光位移监测装置，其特征在于，所述主控器还设有用于显示工作状态和指标参数的显示模块。4.如权利要求1所述的一种多点激光位移监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括：与所述主控器连接的报警模块，所述报警模块包括：蜂鸣器、爆闪灯的一种或多种；与所述主控器连接的无线传输模块；分别与所述激光测距机、所述无线传输模块、所述伺服控制模块、所述主控器连接的电池组件。5.一种多点激光位移监测系统，其特征在于，包括：远程控制中心以及与所述远程控制中心通信连接的如权利要求1
‑
4任一项所述的多点激光位移监测装置；所述多点激光位移监测装置将激光测距结果传输至所述远程控制中心，并接收所述远程控制中心依据所述激光测距结果所作出的反馈指令。6.一种多点激光位移监测方法，应用于如权利要求1
‑
4任一项所述的多点激光位移监测装置，其特征在于，包括：所述主控器向所述伺服控制模块输出位置信息指令，以使所述伺服控制模块驱动所述振镜电机偏转至若干不同角度；所述主控器控制所述激光测距机对所述振镜电机偏转至若干不同角度下的每一位置点进行距离测量，通过将建筑物位移形变的点测量转化为线测量，得到建筑物的位移形变量；当监测到建筑物的部分位置点的位移值超出报警阈值时，所述控制器通过预先设置的报警模块发出声光报警信息。7.如权利要求6所述的一种多点激光位移监测方法，其特征在于，所述主控器向所述伺服控制模块输出位置信息指令，以使所述伺服控制模块驱动所述振镜电机偏转至若干不同角度之前，还包括：对所述报警模块进行激光报警阈值设置，以及对所述激光测距机进行激光选通距离设置。8.如权利要求6所述的一种多点激光位移监测方法，其特征在于，所述主控器控制所述
激光测距机每隔1
°
测量一个距离值，在40
°
的范围内获取40个距离值，且所述主控器通过所述伺服控制模块在控制过程中将所述振镜镜面的偏转角度控制在10μr...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，石斌，
申请(专利权)人：华夏创维北京安全防范技术研究院有限公司北京朗森基科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：