測量大形物體形變位移量的方法及測量系統的製作方法
2023-09-16 20:32:15 2
專利名稱：測量大形物體形變位移量的方法及測量系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於工程測量及其裝置領域，尤其適用於大壩位移式變化的安全監測。
國內外對於大壩變形監測採用了多種方法，如電容式傳感器測量方法、電感式傳感器測量方法、步進電機光耦檢測、真空管雷射束化引張線測量方法等等。這些方法都在觀測現場設置電子元件組成的系統，將位移量變換為電信號，經放大後通過信號傳輸電纜傳往中心監測室進行後續處理，但電子系統和信號傳輸電纜在高溼、高溫或低溫、電磁場幹擾等惡劣環境的監測現場故障發生率較高，工作壽命較短，難以勝任長期自動監測的任務。
本發明的目的在於將待測點的位移量以光學參量表示，並通過光纜傳輸到脫離現場的監測中心後再進行處理，因而避免在監測現場布設易受幹擾的電子系統，提供一種適應惡劣環境影響，順利完成長期自動監測任務的測量方法及實用測量系統。
為實現本發明的目的，本發明測量大形物體形度位移式採取的方法是(1)將模板固定於被測點支墩，模板上橫過空間位置固定的引張線，模板和引張線位於耦合鏡對之間，模板和引張線相對位置構成模板模式，(2)雷射器發出紅外光束，經輸出光纜到達觀測廊道的被測點部位光纖傳感器入口，通過耦合鏡對的準直鏡形成平行光束射向模板與引張線，(3)載有模板模式信息的返回光束經耦合鏡對的的接收鏡耦合進返回光纜，進入監測中心，(4)返回光束在監測中心經光電變換成為電信號，再經模數轉換成為數位訊號，(5)所述數位訊號對應的模板模式，經信號分析，解釋出該模板模式所對應的被測點位置信息，(6)重複步驟(2)—(5)，得到被測點不同位置，從而解出被測點的位移。
本發明的方法用於二維測量時，模板置於不同向的二對或二對以上耦合鏡之間。
實施本發明測量方法的測量系統，由雷射器、輸出光纜、光纖傳感器、返回光纜、光電變換器和信號處理器構成。①雷射器發出紅外光束，通過輸出光纜送到光纖傳感器；②光纖傳感器包括耦合鏡對及其驅動裝置，模板、引張線、耦合鏡對由相互隔開的準直鏡和接收鏡組成，耦合鏡對與其驅動裝置固連，在驅動作用下相對於模板及引張線運動，驅動裝置可為220伏電流直接驅動型設備，模板上鏤有孔洞，位於所述耦合鏡對之間，引張線位於模板與準直鏡或接收鏡之間；③所述接收鏡通過返回光纜將光信號送往光電變換器；④光電變換器輸出電信號到信號處理器，信號處理器包括模數轉換模塊和採樣模塊，其運行可由計算機控制。
本發明測量系統所使用的模板可為零維、一維或二維形式，零維模板為中空僅餘邊框的模板，一維模板上具有多個一維排列的孔洞，二維模板上具有陳列式排布的孔洞。
本發明測量系統所使用的耦合鏡對可為一對也可為多對，耦合鏡對與模板可為正交位亦可為斜交位。
當作二維測量時，本發明測量系統可採用零維模板，所採用的耦合鏡對可為二對或二對以上。
本發明測量方法和測量系統的光纖傳感器構成簡單，不包括任何電子學系統，對被測點部位的高溫、高溼、低溫，兼有或僅有電磁場影響等惡劣環境有很好的適應能力，注入輸出光纜的紅外雷射強度可調節，即使傳感器所處部位發生濃霧，承載信息的光束依然可以正常通過模板區域並返回到監測中心，整個系統傳輸的信號載體是光、傳輸線是光纜，具有極好的抗幹擾能力。測量系統可以達到很高的測量精度。系統採用的主要元器件都是成熟產品，具有優良的性能價格比和長的運行壽命。本發明可以用於空間任一方位的監測，也可以同時監測兩個方位的移動，不僅適合於大壩位移性變化測量，也適合於地殼形度、工程建築物形變、大形物體形變等類似情況的位移性變化測量。
圖1為本發明測量系統框圖。
圖2為本發明模板的實施例。
現結合
本發明的實施情況。雷射器1可以是功率300UW的半導體雷射器，發射紅外光功率與被測點現場的傳輸距離有關，輸出光纜2和返回光纜3長度可為數百米甚至1千米以上，構成耦合鏡對的準直鏡4和接收鏡5相互隔開數十毫米，位於耦合鏡對之間的模板6和引張線7均由低膨脹係數的材料構成，如優質不鏽鋼，耦合鏡對驅動裝置可以是220伏的電機或螺線管裝置。
載有模板模式信息的返回光束經光電變換器8和信號處理器9成為數位訊號，並由計算機控制解讀出被測點位置和位移，計算機可採用386微機或其他PC機。計算機以數字輸出或曲線輸出的方式給出被測點位移量，也可以用通訊方式輸送到更高一級測控中心。
圖2表示模板的幾種實施情況，圖中6.0為零維模板，6.1為一維模板，6.2為二維模板，模板上A處為鏤空孔洞。
權利要求
1.一種測量大形物體形變位移量的方法，其特徵為(1)將模板固定於被測點支墩，模板上橫過引張線，引張線的兩端點為固定點，模板和引張線相對位置構成模板模式，(2)雷射器發出紅外光束，經輸出光纜到達觀測廊道的被測點部位光纖傳感器入口，通過耦合鏡對的準直鏡射向模板與引張線，(3)載有模板模式信息的返回光束經耦合鏡對的接收鏡耦合進返回光纜，進入監測中心，(4)返回光束在監測中心經光電變換成為電信號，再經模數轉換成為數位訊號，(5)所述數位訊號對應的模板模式，經信號分析，解釋出該模板模式所對應的被測點位置信息，(6)重複步驟(2)—(5)，得到被測點不同位置，從而解出被測點的位移。
2.如權利要求1所述的測量方法，其特徵為作二維測量時，模板置於不同向的二對或二對以上耦合鏡之間。
3.一種實施權利要求1所述測量方法的測量系統，由雷射器、輸出光纜、光纖傳感器、返回光纜、光電變換器和信號處理器構成，(1)雷射器發出紅外光束，通過輸出光纜送到光纖傳感器。(2)光纖傳感器包括耦合鏡對及其驅動裝置，模板、引張線，耦合鏡對由相互隔開的準直鏡和接收鏡組成，耦合鏡對與其驅動裝置固連，在驅動作用下相對於模板及引張線運動，驅動裝置可為220伏電流直接驅動型設備，模板上鏤有孔洞，位於所述耦合鏡對之間，引張位於模板與準直鏡或接收鏡之間，(3)所述接收鏡通過返回光纜將光信號送光電變換器，(4)光電變換器輸出電信號到信號處理器，信號處理器包括模數轉換模塊和採樣模塊，其運行由計算機控制。
4.如權利要求3所述的測量系統，其特徵在於所述模板可為零維、一維或二維形式，零維模板為中空僅餘邊框的模板，一維模板上具有多個一維排列的孔洞，二維模板上具有陣列式排布的孔洞。
5.如權利要求3或4所述的測量系統，其特徵在於所述耦合鏡對可為一對也可為多對，耦合鏡對與模板可為正交位亦可為斜交位。
6.如權利要求3或4所述的測量系統，其特徵在於所述模板為零維模板，所述耦合鏡對為二對或二對以上。
全文摘要
本發明利用紅外光射向固定於被測點的模板和基準引張線，載有模板模式信息的返回光束經光纜傳輸到脫離現場的監測中心，經光電變換、模數轉換和信號分析解出位移量，測量系統由雷射器、輸出光纜、光纖傳感器、返回光纜、光電變換器和信號處理器構成，對被測點部位惡劣環境有很好適應能力和抗幹擾能力，本發明可用於空間任一方位監測，適合大壩、地殼、工程建築物等大形物體位移變化測量。
文檔編號G01V8/12GK1120675SQ9510800
公開日1996年4月17日 申請日期1995年6月20日 優先權日1995年6月20日
發明者葉虎年, 葉梅, 王浩, 張慶 申請人:華中理工大學