專利名稱：一種自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置及測量方法，特別涉及一種自帶基準(zhǔn)的測量兩點(diǎn)相對位
移的測量裝置及實(shí)時(shí)測量方法。
背景技術(shù)：
由于目前國內(nèi)所涉及到實(shí)時(shí)位移測量方面的裝置和方法，在更換設(shè)備后基準(zhǔn)會(huì)發(fā)生變化，而且現(xiàn)有的測量方法有些過于復(fù)雜且測量精度不高，不能精確的測量兩點(diǎn)的相對位移，也不能進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)采集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有位移測量方法所存在的復(fù)雜且測量精度低的問題，提高測量設(shè)備在使用中的可靠性和安全性，提供了一種基于光學(xué)投影測量原理的高精度，實(shí)時(shí)測量裝置和方法。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 —種自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置，包括設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)的光源部分和投影測量部分，光源部分包括置于復(fù)合透鏡一側(cè)焦點(diǎn)上的一個(gè)點(diǎn)光源，該點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)復(fù)合透鏡折射，在復(fù)合透鏡另一側(cè)形成寬視場平行光，其特征在于，投影測量部分包括一個(gè)定位框，定位框前、后分別設(shè)有通光縫，被測標(biāo)志物置于前、后通光縫之間，平行光經(jīng)過兩個(gè)通光縫后，將被測標(biāo)志物投影在一個(gè)CCD或PSD光電器件的靶面上形成陰影帶；點(diǎn)光源、前、后通光縫、CCD或PSD光電器件各自的中心均在復(fù)合透鏡的水平光軸內(nèi)，且復(fù)合透鏡、前、后通光縫、CCD或PSD光電器件四者之間的相對距離保持不變。 上述方案中，所述點(diǎn)光源置于一個(gè)與復(fù)合透鏡的光軸平行的導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)，用于調(diào)整點(diǎn)光源到復(fù)合透鏡的距離保證CCD或PSD光電器件靶面成像的清晰度。
所述后通光縫的寬度小于前通光縫的寬度。 —種采用前述裝置實(shí)現(xiàn)位移測量的方法，其特征在于，包括下述步驟，
a、被測標(biāo)志物基準(zhǔn)位置測量 固定被監(jiān)測點(diǎn)的被測標(biāo)志物，將帶有前、后通光縫的定位框框住被測標(biāo)志物，使被測標(biāo)志物處于前、后通光縫之間；將一個(gè)點(diǎn)光源和一個(gè)復(fù)合透鏡組成平行光系統(tǒng)，點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)復(fù)合透鏡折射，形成一束寬視場平行光，平行光經(jīng)過兩個(gè)通光縫后，將被測標(biāo)志物投影在一個(gè)CCD或PSD光電器件的靶面上形成陰影帶；點(diǎn)光源、前、后通光縫、CCD或PSD光電器件各自的中心均在復(fù)合透鏡的水平光軸內(nèi)，且復(fù)合透鏡、前、后通光縫、CCD或PSD光電器件四者之間的相對距離保持不變， 將陰影帶中心到后通光縫邊沿的距離h作為被測標(biāo)志物基準(zhǔn)位置；
b、被測標(biāo)志物位移的測量 當(dāng)被測標(biāo)志物沿x方向移動(dòng)時(shí)，投影在CCD或PSD光電器件靶面上的陰影帶也產(chǎn)生水平位移，該位移后的陰影帶中心到后通光縫邊沿的距離變?yōu)閔'。
c、將步驟b得到的被測標(biāo)志物陰影帶中心到后通光縫邊沿的距離h'與步驟a測 得的被測標(biāo)志物基準(zhǔn)位置h比較，兩者的差值即為被測標(biāo)志物發(fā)生的x方向水平位移。
上述方法中，所述后通光縫的寬度小于前通光縫的寬度。 所述CCD或PSD光電器件設(shè)置在一塊包括控制裝置和通訊裝置的電路板上，CCD或 PSD光電器件通過控制裝置和通訊裝置與一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測中心以無線或有線方式實(shí)現(xiàn)同步光 接收及傳遞的實(shí)時(shí)位移監(jiān)測。 本發(fā)明由于定位框及后通光縫的邊沿是固定的，所以h'與h的差值能比較準(zhǔn)確的 反應(yīng)被測標(biāo)志物的位移，特別是更換CCD或PSD器件，不會(huì)改變投影位置和測量基準(zhǔn)。由于 后通光縫的寬度小于前通光縫的寬度，所以可以保證通過后通光縫的光線全部是平行光， 可以全部投影在CCD或PSD光電器件的靶面上，從而提高投影清晰度及測量精度。另外， 由于本發(fā)明測量裝置的光接收和傳遞發(fā)射的工作是連續(xù)的，不但可以進(jìn)行被測物位置變化 的定時(shí)采集，而且可以進(jìn)行被測物位置變化的高精度實(shí)時(shí)采集監(jiān)測，更方便快捷的了解被 測物位置的變化，使測量更加準(zhǔn)確和安全。本發(fā)明可應(yīng)用于各種大壩、橋梁、高樓和高邊坡 的基點(diǎn)的變形測量，結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高，并且采用非接觸式測量，測量精確度高，可實(shí)時(shí)監(jiān)


以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明自基準(zhǔn)位移測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1裝置的投影成像測量原理圖。 圖1、圖2中的附圖標(biāo)記說明1、點(diǎn)光源；2、導(dǎo)軌；3、復(fù)合透鏡；4、平行光；5、定位 框；6、電路板；7、CCD或PSD光電器件；8、陰影帶；9、后通光縫；10、前通光縫；11、標(biāo)志物。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的自基準(zhǔn)位移測量裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示測量裝置包括光源部分和投影測 量部分，光源部分是由一個(gè)點(diǎn)光源l(可采用LED燈)和復(fù)合透鏡3組成的寬視場平行光源， 點(diǎn)光源放在一個(gè)導(dǎo)軌2上面，可以前后移動(dòng)，調(diào)整點(diǎn)光源1到復(fù)合透鏡3的距離可以調(diào)整成 像的清晰度。投影測量部分是由定位框5、被測標(biāo)志物11、線陣CCD或PSD光電器件7、電路 板6組成，定位框5前、后開有豎向的通光縫10、9、點(diǎn)光源1、復(fù)合透鏡3、通光縫9、10、 CCD 或PSD光電器件7的中心均在同一水平軸線內(nèi)，且復(fù)合透鏡3、通光縫9、 10、 CCD或PSD光 電器件7四者之間的相對距離保持不變。點(diǎn)光源1上的光通過復(fù)合透鏡3后經(jīng)通光縫9、 10及被測標(biāo)志物11投影在CCD或PSD光電器件7上，被測標(biāo)志物會(huì)擋住一部分光，因此在 CCD或PSD光電器件的靶面上會(huì)產(chǎn)生一條陰影帶8，通過測量陰影在光電器件靶面上的左右 偏移來反映被測標(biāo)志物11位置的變化。 如圖2所示，點(diǎn)光源1發(fā)出的光線經(jīng)過復(fù)合透鏡3后會(huì)產(chǎn)生寬視場平行光4，但只 有一部分平行光會(huì)通過定位框5的前通光縫10，由于定位框5的后通光縫9的寬度小于通 光縫10的寬度，因此，通過通光縫10的光線只有一部分會(huì)通過通光縫9，通過通光縫9的平 行光會(huì)投影在CCD或PSD光電器件7靶面上，如果在通光縫10與通光縫9之間沒有任何遮 擋物體，則在CCD或PSD光電器件靶面上不會(huì)顯示陰影；當(dāng)有一被測標(biāo)志物11放置在通光縫10與通光縫9之間，被測標(biāo)志物會(huì)擋住一部分光線，這時(shí)在CCD或PSD光電器件耙面會(huì) 產(chǎn)生一條陰影帶8。 由于被測標(biāo)志物11有一定的厚度，在CCD或PSD光電器件上產(chǎn)生的陰影帶8會(huì)有 一定的寬度，h為陰影帶中心到通光縫9左或右邊沿的距離，hl為陰影帶中心到CCD或PSD 靶面7左邊沿的距離，當(dāng)被測標(biāo)志物11沿x方向左右移動(dòng)時(shí)，被測標(biāo)志物的陰影帶8中心 到通光縫9邊沿的距離變化為h'，從而可以測出被測標(biāo)志物11相對測量裝置自基準(zhǔn)_定 位框的通光縫9邊沿的相對位移(h'與h的差值)。由于通光縫9的邊沿是固定的，所以 h'與h的差值能比較準(zhǔn)確的反應(yīng)被測標(biāo)志物的位移，若以hl的變化來反映被測標(biāo)志物的位 移，則hi會(huì)受到CCD或PSD靶面安裝位置的變化而影響測量結(jié)果不準(zhǔn)確。
由于通光縫9的寬度小于通光縫10的寬度，所以可以保證通過通光縫9的光線全 部是平行光，通光縫9的寬度小于CCD或PSD光電器件靶面7的寬度，因此可以保證通過通 光縫9的光線可以全部投影在CCD或PSD光電器件的耙面上，但CCD或PSD光電器件耙面 的兩端沒有光線投影在其上面。 CCD或PSD光電器件7可采用線陣CCD或PSD光電傳感器，用DSP實(shí)現(xiàn)CCD或PSD 的程控驅(qū)動(dòng)、信號(hào)處理和識(shí)別、細(xì)分、計(jì)算及通信等功能。CCD或PSD光電器件7可設(shè)置在一 個(gè)電路板6上.電路板6可包括控制裝置和通訊裝置，CCD或PSD光電器件7可通過控制 裝置和通訊裝置與一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測中心采用無線或有線方式實(shí)現(xiàn)同步光接收及傳遞實(shí)時(shí)位 移監(jiān)測。
權(quán)利要求
一種自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置，包括設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)的光源部分和投影測量部分，光源部分包括置于復(fù)合透鏡一側(cè)焦點(diǎn)上的一個(gè)點(diǎn)光源，該點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)復(fù)合透鏡折射，在復(fù)合透鏡另一側(cè)形成寬視場平行光，其特征在于，投影測量部分包括一個(gè)定位框，定位框前、后分別設(shè)有通光縫，被測標(biāo)志物置于前、后通光縫之間，平行光經(jīng)過兩個(gè)通光縫后，將被測標(biāo)志物投影在一個(gè)CCD或PSD光電器件的靶面上形成陰影帶；點(diǎn)光源、前、后通光縫、CCD光電器件各自的中心均在復(fù)合透鏡的水平光軸內(nèi)，且復(fù)合透鏡、前、后通光縫、CCD光電器件四者之間的相對距離保持不變。
2. 如權(quán)利要求1所述的自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置，其特征在于，所述點(diǎn)光源置于一個(gè) 與復(fù)合透鏡的光軸平行的導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)，用于調(diào)整點(diǎn)光源到復(fù)合透鏡的距離 保證CCD或PSD光電器件靶面成像的清晰度。
3. 如權(quán)利要求1所述的自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置，其特征在于，所述后通光縫的寬度 小于前通光縫的寬度。
4. 一種位移測量方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置實(shí) 現(xiàn)的，包括下述步驟a、 被測標(biāo)志物基準(zhǔn)位置測量固定被監(jiān)測點(diǎn)的被測標(biāo)志物，將帶有前、后通光縫的定位框框住被測標(biāo)志物，使被測標(biāo) 志物處于前、后通光縫之間；將一個(gè)點(diǎn)光源和一個(gè)復(fù)合透鏡組成平行光系統(tǒng)，點(diǎn)光源發(fā)出的 光經(jīng)復(fù)合透鏡折射，形成一束寬視場平行光，平行光經(jīng)過兩個(gè)通光縫后，將被測標(biāo)志物投影 在一個(gè)CCD或PSD光電器件的靶面上形成陰影帶；點(diǎn)光源、前、后通光縫、CCD或PSD光電器 件各自的中心均在復(fù)合透鏡的水平光軸內(nèi)，且復(fù)合透鏡、前、后通光縫、CCD或PSD光電器件 四者之間的相對距離保持不變，將陰影帶中心到后通光縫邊沿的距離h作為被測標(biāo)志物基 準(zhǔn)位置；b、 被測標(biāo)志物位移的測量當(dāng)被測標(biāo)志物沿x方向移動(dòng)時(shí)，投影在CCD或PSD光電器件靶面上的陰影帶也產(chǎn)生水 平位移，該位移后的陰影帶中心到后通光縫邊沿的距離變?yōu)閔';c、 將步驟b得到的被測標(biāo)志物陰影帶中心到后通光縫邊沿的距離h'與步驟a測得的 被測標(biāo)志物基準(zhǔn)位置h比較，兩者的差值即為被測標(biāo)志物發(fā)生的x方向水平位移。
5. 如權(quán)利要求4所述的位移測量方法，其特征在于，所述后通光縫的寬度小于前通光 縫的寬度。
6. 如權(quán)利要求4所述的位移測量方法，其特征在于，所述CCD或PSD光電器件設(shè)置在一 塊包括控制裝置和通訊裝置的電路板上，CCD或PSD光電器件通過控制裝置和通訊裝置與 一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測中心以無線或有線方式實(shí)現(xiàn)同步光接收及傳遞的實(shí)時(shí)位移監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自帶基準(zhǔn)的位移測量裝置及測量方法，該裝置包括設(shè)置被測點(diǎn)的一點(diǎn)光源、復(fù)合透鏡、帶有前后通光縫的定位框和CCD或PSD光電器件，利用點(diǎn)光源透過復(fù)合透鏡產(chǎn)生一寬視場平行光，該平行光依次通過前、后兩個(gè)通光縫。當(dāng)在光路中有一被測標(biāo)志物時(shí)，被測標(biāo)志物會(huì)擋住一部分光線，在CCD或PSD靶面上產(chǎn)生陰影帶，測量陰影帶中心相對定位框后通光縫邊沿位置的變化，就可獲得被測物位置的變化。該方法可應(yīng)用于各種大壩、橋梁、高樓和高邊坡的基點(diǎn)的變形測量，結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高，并且采用非接觸式測量，測量精確度高，可實(shí)時(shí)監(jiān)測。
文檔編號(hào)G01B11/02GK101788269SQ201010129320
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者樂開端, 閆昕, 陳沖 申請人:西安交通大學(xué);西安華騰光電有限責(zé)任公司