Ccd垂線坐標儀的製作方法
2023-05-30 02:58:11 2
專利名稱：Ccd垂線坐標儀的製作方法
技術領域：
[0001]本實用新型涉及光電式垂線坐標儀，特別是ー種具有灰度圖讀取功能的光電式CCD垂線坐標儀，適用於水電大壩、滑坡、大型建築物等巖土工程結構的水平位移和傾斜變形監測。
背景技術：
巖土工程結構的位移以及變形監測是巖土工程安全監測中的重要監測項目。隨著科學技術的發展，特別是傳感器、單片機以及通訊技術的發展，為光電式垂線坐標儀在巖土工程安全監測中的應用奠定了基礎。光電式CXD(Charged Coupled Device，電荷耦合器件)垂線坐標儀的測量原理是利用平行光或點光源陣列，將垂線鋼絲投影到C⑶傳感器上，通過對CXD感光圖像的分析找到垂線鋼絲的陰影位置進而求出垂線鋼絲的坐標位置。光電式CCD垂線坐標儀實現了非接觸測量，無普通傳感器的電學漂移，現在被廣泛應用於巖土工程結構的位移以及巖土工程變形監測。但是目前的CXD垂線坐標儀普遍是對CXD圖像進行ニ值化處理，即按照CXD感光像元的輸出電平高低將像元分為亮元和暗元，據此查找陰影位置(即垂線鋼絲位置)。其缺點是像元進行ニ值化處理的方法是按某一固定電平區分亮像元和暗像元，受環境光線幹擾比較嚴重，不能更好地適應環境光線的變化，故在環境光線幹擾後測得的垂線鋼絲的位移不準確，甚至無法測量，不能滿足安全監測的要求。此外，現有的CCD垂線坐標儀普遍不具備測量控制功能，這也在一定程度上限制了 CCD垂線坐標儀的推廣應用。
實用新型內容本實用新型針對現有的CCD垂線坐標儀易受外界環境光線幹擾和不具備測量控制功能的問題，提供ー種新型的CCD垂線坐標儀，該CCD垂線坐標儀具有灰度圖讀取功能，能夠最大限度避免外界環境光的幹擾，還具有測量控制功能。本實用新型的技術方案如下ー種CXD垂線坐標儀，包括殼體，所述殼體一側設置有使被測垂線鋼絲進入殼體的過線縫隙，所述殼體內部設置有兩個相互垂直照射被測垂線鋼絲的平行光源裝置，在殼體內還包括兩個CCD檢測裝置，所述CCD檢測裝置與平行光源裝置一一對應設置並接收被測垂線鋼絲平行光投影，殼體外側設置有顯示器，其特徵在於，所述CXD檢測裝置包括CXD圖像傳感器、灰度圖像生成器、CCD驅動電路和微控制器，所述CCD圖像傳感器、灰度圖像生成器和微控制器依次連接，所述微控制器通過CXD驅動電路連接CXD圖像傳感器，所述CXD圖像傳感器接收平行光源裝置照射被測垂線鋼絲後的投影並轉化為像元電壓信號輸出至灰度圖像生成器，所述灰度圖像生成器將接收的像元電壓信號進行數值化處理並生成灰度圖像輸出至微控制器，所述微控制器根據灰度圖像進行分析得到被測垂線鋼絲陰影位置和被測垂線鋼絲的位置坐標，所述被測垂線鋼絲的位置坐標通過顯示器顯示。所述殼體內還設置有實時時鐘數據存儲器，所述實時時鐘數據存儲器分別與兩CXD檢測裝置中的微控制器相連。所述殼體上還設置有通訊電路接ロ，所述通訊電路接ロ分別與兩CXD檢測裝置中的微控制器相連。所述殼體上還設置有D/A轉換接ロ，所述D/A轉換接ロ分別與兩CXD檢測裝置中的微控制器相連。所述灰度圖像生成器為高速AD採集電路。所述兩平行光源裝置和兩CXD檢測裝置均設置在殼體內部的底板上，各平行光源裝置和各CXD檢測裝置均単獨密封並設置通光孔。所述平行光源裝置包括高亮度LED發光二極體、反射鏡、雙膠合透鏡和光學玻璃片，所述高亮度LED發光二極體的點光源經發射鏡反射再經雙膠合透鏡折射後通過光學玻 璃片自通光孔輸出平行光。所述高亮度LED發光二極體發出的點光源經反射鏡以設定角度反射，所述設定角度為55度至65度。所述設定角度為61. 5度。所述平行光源裝置還包括加熱部件；和/或所述過線縫隙的外側採用固定連接塊連接。本實用新型的技術效果如下本實用新型涉及的CXD垂線坐標儀，包括殼體以及殼體內設置的兩套平行光源裝置和CXD檢測裝置，兩平行光源裝置相互垂直照射被測垂線鋼絲，每套的平行光源裝置和CXD檢測裝置相對應設置並且CXD檢測裝置用於接收被測垂線鋼絲平行光投影，CXD檢測裝置包括CXD圖像傳感器、灰度圖像生成器、C⑶驅動電路和微控制器，平行光源裝置照射被測垂線鋼絲後投影到CXD圖像傳感器上，CXD圖像傳感器輸出反映亮度的像元電壓信號，再由灰度圖像生成器將接收的像元電壓信號進行數值化處理並生成灰度圖像，然後由微控制器根據灰度圖像進行分析得到被測垂線鋼絲陰影位置和被測垂線鋼絲的位置坐標。由於CCD檢測裝置中設置了灰度圖像生成器和微控制器，將CCD圖像傳感器得到的每個像元的反映亮度的電壓信號進行數值化處理以得到灰度圖然後再處理該灰度圖，而並非將像元電壓信號進行ニ值化處理，故避免了現有的CCD垂線坐標儀易受外界環境光線幹擾導致不滿足監測要求的問題，本實用新型採用灰度圖判斷被測垂線鋼絲陰影，受外界幹擾小，對環境光線適應能力強，可以更精確地計算被測垂線鋼絲的位置坐標。同時本實用新型的CCD垂線坐標儀中的CCD檢測裝置的獨特結構使得CCD垂線坐標儀自身構成了一個完整的測量控制単元，使得該CCD垂線坐標儀除具備灰度圖讀取功能外，還具有了測量控制功能，提高了被測垂線鋼絲位置測量的準確性和可靠性。此外，在檢查維護中，通過讀取灰度圖可以更方便於對CXD垂線坐標儀故障的診斷。本實用新型的CXD垂線坐標儀通過設置實時時鐘數據存儲器便於對微控制器輸出的數據進行實時的採集存儲；設置通訊電路接ロ便於將該CCD垂線坐標儀的觀測結果上傳到上位機以及對CXD垂線坐標儀進行更優化的初始參數設置；設置D/A轉換接ロ，將監測結果轉化為模擬信號以便作為後續的現場採集系統的輸入。平行光源裝置包括高亮度LED發光二極體、反射鏡、雙膠合透鏡和光學玻璃片，高亮度LED發光二極體的點光源經發射鏡反射後再經雙膠合透鏡折射後生成平行光，該平行光通過光學玻璃片自通光孔發出，該平行光源裝置的獨特結構使得點光源能夠轉化為平行光源，並且設置反射鏡能夠使得平行光源的軸向距離減少，使密封封裝的平行光源裝置的體積縮小，更進ー步講，使得CCD垂線坐標儀的體積大大縮小。在平行光源裝置設置加熱部件能夠增強平行光源裝置中的各部件的抗潮性，同時還解決了平行光源裝置中的各部件遇冷霧化結露而影響測量的問題，增強了 CCD垂線坐標儀對高溼環境的適應能力。
圖I為本實用新型CXD垂線坐標儀的外部優選結構示意圖。圖2為本實用新型CXD垂線坐標儀的內部優選結構示意圖。圖3為本實用新型CXD垂線坐標儀的工作原理結構圖。圖中各標號列示如下I-殼體；2_過線縫隙；3_垂線鋼絲；4_平行光源裝置；5_C⑶檢測裝置；6_高亮度LED發光二極體；7_反射鏡；8_雙膠合透鏡；9-CCD電路板；10-測量控制主板；11-顯示器；12-固定連接塊。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行說明。本實用新型涉及ー種CXD垂線坐標儀，圖I和圖2分別為其內部和外部的優選結構不意圖，該CCD垂線坐標儀包括殼體I,該殼體I優選為內部中空的方形機殼，殼體I分為底板和外殼兩部分，殼體I的ー側(或者說是外殼的ー側)設置有使被測的垂線鋼絲3進入殼體I內部的過線縫隙2，過線縫隙2的外側可以採用固定連接塊12連接，以保證CCD垂線坐標儀的殼體I的整體剛度。殼體I內部設置有兩個平行光源裝置4和兩個CXD檢測裝置5，兩個平行光源裝置4和兩個CCD檢測裝置5設置於同一被測的平面，優選均設置在CXD垂線坐標儀的底板上。兩平行光源裝置4相互垂直照射被測垂線鋼絲3，如圖2所示，如分別沿X軸和Y軸設置，每個平行光源裝置4均對應ー個CXD檢測裝置5，CXD檢測裝置5接收被測垂線鋼絲3的平行光投影。其中，平行光源裝置4包括高亮度LED發光二極體6、反射鏡7、雙膠合透鏡8、光學玻璃片和加熱部件，該平行光源裝置4通過密封防水光源盒單獨密封各組成部件，且平行光源裝置上設置有水平的通光孔，光學玻璃片與通光孔大小相適應，高亮度LED發光二極體6的點光源經發射鏡7以一定角度反射再經雙膠合透鏡8折射後通過光學玻璃片自通光孔輸出平行光。雙膠合透鏡8採用雙膠合凸透鏡，高亮度LED發光二極體6發出的點光源經反射鏡7以55度至65度之間的角度反射，優選以61. 5度角度反射。平行光源裝置4中設置的加熱部件能夠增強平行光源裝置中的各組成部件的抗潮性，同時還解決了平行光源裝置中的各部件遇冷霧化結露而影響測量的問題，增強了 CCD垂線坐標儀對高溼環境的適應能力。CXD檢測裝置5包括CXD圖像傳感器、灰度圖像生成器、CXD驅動電路和微控制器，CXD圖像傳感器、灰度圖像生成器和微控制器依次連接，微控制器通過C⑶驅動電路連接CCD圖像傳感器，優選地，灰度圖像生成器採用高速AD採集電路，可以將CCD圖像傳感器和、CCD驅動電路焊接在CCD電路板9上，將高速AD採集電路和微控制器焊接在測量控制主板10上，如圖2所示，CXD檢測裝置也可以通過密封盒單獨密封，並在密封盒上設置透明窗ロ或通光孔以便CCD圖像傳感器通過該透明窗ロ或通光孔接收平行光源裝置照射垂線鋼絲後的投影。還可以在密封盒內設置加熱裝置以防止透明窗ロ的玻璃霧化和結露。圖3為本實用新型的CXD垂線坐標儀的工作原理圖，X軸方向和Y軸方向的平行光源裝置照射被測的垂線鋼絲，投影到CXD圖像傳感器上(圖3中顯示為(XD)，CXD圖像傳感器生成光學圖像並轉換為反映亮度的像元電壓信號輸出至高速AD採集電路，高速AD採集電路將接收的像元電壓信號進行數值化處理並生成256級灰度圖像輸出至微控制器，所述微控制器根據該灰度圖像經一定的陰影識別法進行分析計算，採用的陰影識別法是根據陰影區間的亮度與其它待分析區間的亮度的不同，找到該陰影區間，得到被測垂線鋼絲陰影位置和被測垂線鋼絲的位置坐標，並將被測垂線鋼絲的位置坐標顯示到顯示器11顯示，該顯示器11設置在殼體I外側，由於本實用新型具有兩套平行光源裝置和CCD檢測裝置，故能夠得到兩個垂直方向上的垂線鋼絲的位置坐標，顯示器11上設置有兩個顯示窗ロ，分別顯示垂線鋼絲在X軸和Y軸上的位置坐標。該位置坐標為相對坐標，將本次測量結果與 上次CCD垂線坐標儀的測量結果進行比較，能夠得到巖土工程的水平位移的變化或傾斜變形量，完成巖土工程安全監測。在殼體I內還設置有實時時鐘數據存儲器、通訊電路接口和D/A轉換接ロ，實時時鐘數據存儲器、通訊電路接口和D/A轉換接ロ均同時與各CCD檢測裝置中的微控制器相連。實時時鐘數據存儲器便於對微控制器輸出的數據進行實時的採集存儲，通訊電路接ロ便於數據通信將該CXD垂線坐標儀的觀測結果上傳到上位機以及對CXD垂線坐標儀進行更優化的初始參數設置，設置D/A轉換接ロ，輸出4-20mA信號，可以將監測結果轉化為模擬信號以作為後續的現場採集系統的輸入。高速AD採集電路、CCD驅動電路、顯示器、實時時鐘數據存儲器、通訊電路接口和D/A轉換接ロ均為微控制器的外圍電路，通過微控制器及其外圍電路驅動CCD和進行高速AD採集，讀取256級灰度圖像，並根據灰度圖像分析計算陰影位置和垂線絲位置坐標，具有測值現場顯示功能，並可按設定的採集方式自動記錄觀測數據。本實用新型的CCD垂線坐標儀可以在殼體I的底板四角和中間預留安裝螺孔，並可以採用平面支架方式或萬向支架方式安裝。應當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領域的技術人員更全面地理解本發明創造，但不以任何方式限制本發明創造。因此，儘管本說明書參照附圖和實施例對本發明創造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發明創造進行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發明創造的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明創造專利的保護範圍當中。
權利要求1.ー種CXD垂線坐標儀，包括殼體，所述殼體一側設置有使被測垂線鋼絲進入殼體的過線縫隙，所述殼體內部設置有兩個相互垂直照射被測垂線鋼絲的平行光源裝置，在殼體內還包括兩個CCD檢測裝置，所述CCD檢測裝置與平行光源裝置一一對應設置並接收被測垂線鋼絲平行光投影，殼體外側設置有顯示器，其特徵在幹，所述CXD檢測裝置包括CXD圖像傳感器、灰度圖像生成器、CCD驅動電路和微控制器，所述CCD圖像傳感器、灰度圖像生成器和微控制器依次連接，所述微控制器通過CXD驅動電路連接CXD圖像傳感器，所述CXD圖像傳感器接收平行光源裝置照射被測垂線鋼絲後的投影並轉化為像元電壓信號輸出至灰度圖像生成器，所述灰度圖像生成器將接收的像元電壓信號進行數值化處理並生成灰度圖像輸出至微控制器，所述微控制器根據灰度圖像進行分析得到被測垂線鋼絲陰影位置和被測垂線鋼絲的位置坐標，所述被測垂線鋼絲的位置坐標通過顯示器顯示。
2.根據權利要求I所述的CCD垂線坐標儀，其特徵在於，所述殼體內還設置有 實時時鐘數據存儲器，所述實時時鐘數據存儲器分別與兩CCD檢測裝置中的微控制器相連。
3.根據權利要求I所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述殼體上還設置有通訊電路接ロ，所述通訊電路接ロ分別與兩CCD檢測裝置中的微控制器相連。
4.根據權利要求I所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述殼體上還設置有D/A轉換接ロ，所述D/A轉換接ロ分別與兩CXD檢測裝置中的微控制器相連。
5.根據權利要求I至4之一所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述灰度圖像生成器為高速AD採集電路。
6.根據權利要求5所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述兩平行光源裝置和兩CXD檢測裝置均設置在殼體內部的底板上，各平行光源裝置和各CCD檢測裝置均単獨密封並設置通光孔。
7.根據權利要求6所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述平行光源裝置包括高亮度LED發光二極體、反射鏡、雙膠合透鏡和光學玻璃片，所述高亮度LED發光二極體的點光源經發射鏡反射再經雙膠合透鏡折射後通過光學玻璃片自通光孔輸出平行光。
8.根據權利要求7所述的CCD垂線坐標儀，其特徵在於，所述高亮度LED發光二極體發出的點光源經反射鏡以設定角度反射，所述設定角度為55度至65度。
9.根據權利要求8所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述設定角度為61.5度。
10.根據權利要求7所述的CXD垂線坐標儀，其特徵在於，所述平行光源裝置還包括加熱部件；和/或所述過線縫隙的外側採用固定連接塊連接。
專利摘要本實用新型提供一種CCD垂線坐標儀，該CCD垂線坐標儀包括殼體，殼體一側設置有使被測垂線鋼絲進入殼體的過線縫隙，殼體內部設置有兩個相互垂直照射被測垂線鋼絲的平行光源裝置，在殼體內還包括兩個CCD檢測裝置，CCD檢測裝置與平行光源裝置一一對應設置並接收被測垂線鋼絲平行光投影，殼體外側設置有顯示器，CCD檢測裝置包括CCD圖像傳感器、灰度圖像生成器、CCD驅動電路和微控制器，CCD圖像傳感器、灰度圖像生成器和微控制器依次連接，微控制器通過CCD驅動電路連接CCD圖像傳感器。本實用新型的CCD垂線坐標儀具有灰度圖讀取功能，能夠最大限度避免外界環境光的幹擾，還具有測量控制功能。
文檔編號G01B11/16GK202393351SQ201120537629
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者劉偉, 李永進, 譚斌, 趙營海 申請人:基康儀器(北京)有限公司