阵列光敏电阻激光准直变形测量方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大地测量技术领域，具体涉及一种现场实施过程中能对监测对象进行一项自动化变形(水平、位移、倾斜或扰度)监测的基于阵列光敏电阻位移传感器的激光准直测量方法及其装置。
【背景技术】
[0002]目前变形监测项目多利用测距、测角、测水准和准直线的大地测量方法，通过平面控制网来完成垂直位移、水平位移、倾斜和扰度等监测项目。其特点是使用经玮仪、水准仪、测距仪、激光准直仪等仪器按照基准线法(视准线、激光准直、垂线、水准线等)、三角测量等方法测得网内测点相对于固定的大地参考点的绝对位移和变形。
[0003]变形监测项目在行业内多采用人工测量(水准、三角高程、三角、导线、交会等)的方式居多，存在单个数据采集成本过高且很难适应市场对于监测数据准确、实时、连续、自动化、动态监测系统的发展需求。变形监测的技术发展方向主要为:测量机器人、GPS/北斗空间定位、地面摄影测量和激光准直等，这些方法存在成本过高或频率低或精度较差等不足，不能广泛普及或者难以满足市场要求。受限于市场需求的变化和人力成本的快速递增等因素，变形监测领域迫切需要一种能满足常规的垂直位移、水平位移、倾斜和扰度等监测需求的传感器产品及与之配套的变形监测测量系统。
[0004]如图1所示，大气激光准直测量方法是在基准线两端分别设置激光点光源(发射点)和激光探测器(接收靶)，根据观测需要在位移标点上设置波带板及其支架(测点)。大气激光准直系统能同时观测测点的水平位移和垂直位移，具有高精度、高效率、作业条件好、可部分实现自动化观测等优点，但总体来讲成本高，适用范围较窄。
[0005]但是，大气激光准直法也存在以下4个不足:1)大气激光准直仪及配套成本较高，水利规范中对激光器进行了指定，激光器成本高；2)测点位置与波带板的焦距应事先匹配，对于测点布置限制条件较多；3)不易实现自动化；4)需要埋设两个基准点(激光点光源和激光探测器)，通视要求很高，其多用在大坝上，而对于地形起伏大的边坡变形观测则很难应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于为克服现有的大气激光准直测量方法的不足，提供一种阵列光敏电阻激光准直变形测量方法及其装置。
[0007]本发明首先通过固定测站及其上固定的激光方向形成一基准线，固定在目标对象上的恒定间距的有序阵列光敏电阻其等效于标准刻度尺，共同形成一个独立的测量系统；利用光敏电阻对光的敏感性，当激光照射在光敏电阻前后，光敏电阻其阻值存在明显差异，通过ADC扫描电路测读所有阵列光敏电阻上分布的电压值，然后通过计算程序筛选出阻值存在差异的阵列光敏电阻编号，通过编号的差异最终可换算出待测目标与激光基准线的偏差距离，达到自动化测读功能。据此，本发明的阵列光敏电阻激光准直变形测量方法的步骤是这样的:
(1)确定基准点(I)和测点(2)，在基准点(I)设置一个用于向固定方向发射激光的激光模组(3)，在测点(2)上设置一个阵列光敏电阻位移传感器(4);
(2)通过激光模组(3)向测点(2)发射激光形成一条稳定的基准线，激光在所述阵列光敏电阻位移传感器(4)上留下一个稳定的光斑；
(3)通过激光光斑在阵列光敏电阻位移传感器上的影响区间换算出激光光斑中心点；
(4)通过激光光斑中心点在阵列光敏电阻位移传感器(4)上的刻度变化，识别目标对象在阵列光敏电阻方向的位移变化。其前提是激光方向不变时，若阵列光敏电阻位移传感器上的光斑中心位置产生变化，其位移变化量等于(ml+nl) /2-(m+n)/2。
[0008]另外，这种方法还可通过任意调整阵列光敏电阻位移传感器的方向，其可达到测量目标对象任意方向的变形。激光光斑不需要严格垂直阵列光敏电阻位移传感器，从而在基准点和目标对象的测点布局上就具有很大的灵活性。
[0009]基于上述方法，本发明的阵列光敏电阻激光准直变形测量系统是这样的:它包括一个基准点和一个测点，在基准点设置一个用于向测点方向发射激光的激光模组，在测点上设置一个阵列光敏电阻位移传感器，阵列光敏电阻位移传感器设有用于测量激光照射的位置和位移的光敏阵列电路和用于实现对锂电池供电并可以循环充电的充电稳压电路和实现与汇总节点通信的通信电路。
[0010]本发明及其装置可在以下几个方面对现有的变形监测领域作出明显改善:
1、本发明的装置结构简单，成本低，精度高，易于实现自动化。
[0011]2、本发明的测量系统可完成水平位移、垂直位移、倾斜和扰度等多种变形监测项目，适用范围广。改变阵列光敏电阻位移传感器的角度不影响激光光斑位置的确认。基于这个特点，阵列光敏电阻位移传感器可以测量目标对象垂直于基准线的任意方向变形。目前常规的测量项目有沉降、水平位移、倾斜和扰度等，本发明及其装置都能完成自动化采集数据。据此，本发明及装置对现有依赖于全站仪、水准仪、激光测距、倾斜测量的测量方法在变形监测领域具有明显的替代作用。
[0012]3、本发明的装置可初判垂直阵列光敏电阻方向的位移。对于特定距离下的激光光斑形状是固定的，原则上其不仅可以分辨阵列光敏电阻位移传感器方向上的变形，也可以通过几何关系部分判断在垂直阵列光敏电阻位移传感器方向的变形。
[0013]4、本发明的装置产品容易实现技术升级。例如:选择反应更灵敏的光敏电阻改善产品性能可适用于动态观测；使用更小尺寸的光敏电阻可进一步提高精度。
[0014]5、基准点与测点的现场布局灵活。例如:光敏电阻对非垂直射入的光亦存在明显反应，因此变形观测基站和测点允许存在一定的角度偏差，可以不用水平。
[0015]依托该装置形成的独立测量系统可实现对目标体相对于基准线的位移监测，从而可实现变形监测领域中的水平位移、垂直位移、倾斜和扰度等多种监测项目，达到变形监测领域的技术升级。本装置现场实施过程中能对监测对象进行一项自动化变形(水平、位移、倾斜或扰度)监测。
【附图说明】
[0016]图1是现有技术中大气激光准直测量方法示意图； 图2是本发明的阵列光敏电阻激光准直变形测量方法示意图；
图3是阵列光敏电阻位移传感器的光敏阵列示意图；
图4是阵列光敏电阻位移传感器的光敏电阻电压测量原理图；
图5是阵列光敏电阻位移传感器的60路光敏电压采集示意图；
图6是阵列光敏电阻位移传感器的充电电路示意图；
图7是阵列光敏电阻位移传感器的通信电路的USB转串口电路示意图；
图8是阵列光敏位移传感器的无线数据传输模块示意图.附图标记说明:1_基准点，2-测点，3-激光模组，4-阵列光敏电阻位移传感器。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0018]如图2所示，本发明首先通过固定测站基准点I (一点)及其上固定的激光模组3发射的激光方向(一线)形成一基准线，固定在目标对象测点2上的阵列光敏电阻位移传感器4中恒定间距的阵列光敏电阻其等效设立一标准刻度尺，共同形成一个独立的测量系统。利用光敏电阻对光的敏感性，当激光照射在光敏电阻前后，光敏电阻其阻值存在明显差异，通过ADC扫描电路测读所有阵列光敏电阻上分布的电压值，然后通过计算程序筛选出阻值存在差异的阵列光敏电阻编号，通过编号的差异最终可换算出待测目标