专利名称：裂缝三向变形激光测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及地质工程监测领域，涉及一种测量仪，特别是一种裂缝三向变形激光测量仪。
背景技术：
地裂缝被业内人士称为“地球上难以愈合的伤口 ”，是一种缓慢发展的渐进性地质灾害，我国的地裂缝分布十分广泛，近年来具有范围不断扩大，危害不断加重的趋势，陕西省西安市地裂缝最近发生的地铁基坑坍塌事故与地裂缝不无关系；滑坡常常给工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失、有的甚至是毁灭性的灾难，发生在农村和城镇的滑坡最主要的危害是摧毁农田、房舍、伤害人畜、毁坏森林、道路以及摧毁工厂、学校、机关单位等等。另一方面，公路桥梁，建筑，水利水电方面等土木工程中的裂缝变形也对人们的生命财产以及生产生活设施带来极大的威胁，然而现存对裂缝的变形监测手段相对于当量地质与工程问题的出现而显得十分滞后。裂缝变形的单向监测技术已经相当成熟，而多向变形的实时变形监测还很不成熟。目前裂缝变形的多向监测常用方法有机械式变形监测仪法，多点检测法和相对位移检测法。机械式三向变形监测仪，是通过位移传感器同时测量同一测点垂直位移与张裂位移和水平错动量的绝对值，该仪器具有构造简单、装配便捷、测量精度高等优点，但是因为是机械仪器，滑杆间具有一定的摩擦，同时因为杆件之间的扭动而使得设备卡死，所以在实际应用中有一定的局限性；多点监测法即为在地裂缝的两侧设置多个点分别埋设百分表，来检测水平垂直和剪切。这种方法设备简单，操作方便易行；缺点是仪器的安装繁琐，人工读取数据误差大，可靠度不高，不能进行实时监测；相对位移检测法即为将三向移动转变成空间中一点P的移动，则通过P点的相对位移计算出地裂缝的真实位移，现行的仪器有整体式 TS三向测缝计。其安装方法主要是将三只传感器的一端分别固定在垂直止板直角支架的三个顶点上，另一端则固定于面板上的一个点。间接测量面板相对于止板的三向位移。其缺点是将空间位移转化相对位移的计算过程较繁琐，机械式的测量裂缝的两端的部件之间存在一定的机械力，这种机械力对位移的监测的结果影响很大，而且信息的反馈相对滞后。激光技术在国内外公路交通方面应用比较广泛，但是在工程裂缝多向变形监测上还没有得到实际的应用。有些偏远山区对滑坡和崩塌、泥石流的监控还处在专派人员逐级向上级汇报的层次，有些施工现场对于地裂缝的变形监测也是无能为力。因此，研发一种可以脱离人员现场监测、“一点三向”位移变化同步远程输出、危险位移信号警报的创新型设备，对于解决现有问题很有必要。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种装配调试简便、测量精度较高、数据自动化处理，并且可以同时测量地裂缝同一点的裂缝三向变形激光测量仪。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案[0007]—种裂缝三向变形激光测量仪，其特征在于，由激光发射器、激光接收器、数据处理装置组成，所述的激光发射器发射出激光束，射向激光接收器，激光接收器感光后发出信号，经数据传输线由数据处理装置得到相关的数据。本实用新型的其他一些特点是所述的激光接收器主要由接收面板，水准泡、数据处理芯片，通信芯片、电源配适口及其附加电路构成。所述的激光发射器和激光接收器由三角架支撑。所述的激光发射器采用MYZOX发射器。所述的数据处理装置选择常规的计算机。本实用新型的裂缝三向变形激光测量仪，主要创新点是1)对裂缝同一点位移变形的垂直位移与张裂位移和水平错动量的绝对值(三向位移变化量)同时进行观测；2)安装非常方便，而且裂缝测量时不存在机械力的影响；3)能够实现远程实时传输，超位移分级报警等功能。4)结构简单，数据处理能力扩展性强，可以和其他现有的处理软件进行有效对接。
图1是本实用新型的裂缝三向变形激光测量仪结构示意图；图中的标记分别表示1、激光发射器，2、控制面板，3、三角架，4、激光束，5、激光接收器，6、激光接收面板，7、数据传输线，8、电源配适口，9、数据处理装置。图2是采用新型的裂缝三向变形激光测量仪测量实际裂缝的位置图。图3是数据处理装置显示的试验数据汇总页面。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，本实施例给出一种裂缝三向变形激光测量仪，由激光发射器1、激光接收器5、数据处理装置9组成。工作时由激光发射器1发射出，激光束4射向激光接收器5。 激光接收器1的控制面板2感光后发出信号，同时测得裂缝的垂直变化量和左右错动量。经数据传输线7输入数据处理装置9，由数据处理装置9得到相关的数据，并模拟出裂缝相对移动的轨迹图。本实施例制备的裂缝三向变形激光测量仪的量程范围为0 500mm，精度为1mm， 当裂缝变形量达到临界值时通过限位器及时发出报警。激光发射器1采用MYZOX发射器，包括用于显示测距仪测出距离的显示器控制面板2;在激光发射器1上主要有纵向位移接受器，移动电源，水平泡等部件。主要功能是，进行纵向位移的测定与发出测定平面两向位移所需要的激光。激光发射器1发出波长处于红外线范围的特定激光束4。激光发射器1可以使用独立电源供电，也可通过电源电压器进行供电。激光束4的波长在650rm左右，用来激发激光发射器5的激光接收面板6。其中，激光接收面板6接收由激光发射器1射出的激光束 4，得到感应，用来显示面板横向与竖向的位移变化。
4[0026]激光接收器5通过电源适配器供电，也可用移动电源如蓄电池、干电池等供电。在本实施例中，激光接收器5选择市售已知的激光接收器，主要由接收面板6，水准泡，数据处理芯片，通信芯片、电源配适口 8及其附加电路构成。其中，激光接收面板6上成矩形或者存在几何规律排列着可被触发的光电传感器，当特定波长的激光束4照射到激光接收面板 6上特定的传感器，传感器所产生的高电平可以被位于激光接收器5的处理芯片识别并发出数字信号，测定平面两向的位置变化。通过位于激光接收器5的通信芯片将所发出的数字信号发送到数据处理装置9之中。激光发射器1和激光接收器5由三脚架3支撑，数据处理装置9通过数据传输线7 与激光接收器5连接传输激光接收面板2给出的信号，利用自行开发的软件对数据进行处理。激光发射器1在平面上可以用三角架4支撑，在不规则平面或者地理条件特殊的地方可以使用不同的固定系统进行支持或支撑。在实际使用中，将激光发射器1放置在裂缝的一边，激光接收器5放置在裂缝的另一边(如图2所示)。激光发射器1通过固定机构固定牢固后，其位置不可以轻易的进行移动，所发出的激光束4可以被位于激光发射器1内的感应元件进行接受并识别，以测定距离激光接收器5的距离。又可以使位于激光接收器5的光电传感器进行识别。数据处理装置9选择常规的计算机，计算机内安装有地裂缝检测模拟软件，可以接收到激光发射器1所发出的数字信号，并对数字信号进行恢复，模拟出裂缝随时间变化的运动轨迹，输出图形和数据两种形式。将激光接受面板6所发出的数字信号进行模拟和还原，复原出地裂缝随时间变化的运动轨迹，对其进行二维的图像输出和数据输出，针对不同的需要可以在两种方式之中进行切换。并将记录与模拟的过程保存起来，以备档或者进行深层次的处理分析。计算机通过强大的处理终端，恢复和模拟出地裂缝随时间的变化过程，将数据针对不同需要进行图形和数字形式的不同输出。由于地裂缝变形是一种渐进缓慢的过程，以下发明人给出对本实用新型的地裂缝三向变形测量仪的一种简单而快捷的监测模拟试验进行验证。1)模拟实验的原理以陕西省西安市的地裂缝为研究对象，地裂缝的活动主要由于人为过量抽汲地下水引起的地面不均勻沉降所致，发明人想到了排水法进行模拟实验。将激光发射器、激光接收器分别放置在两个互相垂直的水槽A、B内的脸盆中，通过向两个互相垂直的方向( 轴) 排水，分别带动脸盆向^轴的“漂移”，利用因排水量的不同而造成的沉降量不同，来达到X 轴的变化。以A槽控制XY平面上的变化，以B槽水的流动来控制TL平面上的变化，从而达到XH三向的变化，从实质上模拟地裂缝的垂直位移、水平引张和水平错动。造成地裂缝三向变形测量仪三向的偏移，从而使得打在激光接收面板上的激光发生变动，进而测得三个方向位移的变化量。排水法模拟试验如下(1)选择两个水槽，将两水槽都加一定量的水后，放上两个脸盆模拟地下水以上的地面(应选用面积较大的脸盆，这样能保证有足够的浮力)，再将裂缝三向变形激光测量仪的激光发射器和激光接收器分别放入两个脸盆中并调平，调整好脸盆的位置后，放置一段时间让水面恢复平静。由于水的易波动性，需要足够的耐心，不断的调试以保证裂缝三向变形激光测量仪工作在水平状态下。[0035](2)打开两个水槽的排水开关，开始排水。(3)打开激光发射器和激光接收器的电源，开始工作。(4)激光发射器发射的激光束，一方面测出地裂缝的水平引张量，另一方面激发激光接收器的激光接收面板，激光接收面板感光后发出信号，同时测得地裂缝的垂直变化量
与左右错动量。(5)数据处理装置对三个方向的位移量进行整合，通过软件画出地裂缝的运动曲线。试验测得的数据如图3所示。2)实验结果分析由于实验通过控制水的流量来模拟位移的变化，流体和土体有明显的差异，因此难免会造成误差。但是用水模拟实验，可控性比较好，可以人为的调节水的流量，通过实验可以看出，位移的变化能够用本实用新型的地裂缝三向变形测量仪展示出来，达到了预期的效果。
权利要求1.一种裂缝三向变形激光测量仪，其特征在于，由激光发射器、激光接收器、数据处理装置组成，所述的激光发射器发射出激光束，射向激光接收器，激光接收器感光后发出信号，经数据传输线由数据处理装置得到相关的数据。
2.如权利要求1所述的裂缝三向变形激光测量仪，其特征在于，所述的激光接收器主要由接收面板，水准泡、数据处理芯片，通信芯片、电源配适口及其附加电路构成。
3.如权利要求1所述的裂缝三向变形激光测量仪，其特征在于，所述的激光发射器和激光接收器由三角架支撑。
4.如权利要求1所述的裂缝三向变形激光测量仪，其特征在于，所述的激光发射器采用MYZOX发射器。
5.如权利要求1所述的裂缝三向变形激光测量仪，其特征在于，所述的数据处理装置选择计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种裂缝三向变形激光测量仪，由激光发射器、激光接收器、数据处理装置组成，所述的激光发射器发射出激光束，射向激光接收器，激光接收器感光后发出信号，经数据传输线由数据处理装置得到相关的数据。该裂缝三向变形激光测量仪对裂缝同一点位移变形的垂直位移与张裂位移和水平错动量的绝对值(三向位移变化量)同时进行观测，安装非常方便，而且裂缝测量时不存在机械力的影响，能够实现远程实时传输，超位移分级报警等功能。
文档编号G01B11/16GK202141439SQ20112020946
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者付文举, 关林, 施晗, 李雅军, 李飞, 翟越, 赵纪飞, 魏泰明 申请人:长安大学