专利名称：光电式变形坐标仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量水电站大坝、滑坡、建筑物等岩土水平、竖向变形监测的坐标仪。
岩土工程安全监测中，变形监测是一个必不可少的重要监测项目。由于岩土工程结构如大坝、滑坡等随外界因素(如水位、温度等)变化过程缓慢，为了便于掌握各时期工况，对监测值稳定性、连续性、可靠性有严格要求。随着科技进一步发展，要求提高水电工程施工期、运行期现场监测手段，实现已建成水电站大坝安全监测的“无人值守”。为此，从六十年代起，国内外进行了很多研究，提出一些用于大坝变形监测的仪器设备成果，并在工程中应用。现有变形监测的仪器根据原理分为感应式和机械式。其中感应式变形测量仪是由相互垂直方向的两对平行矩形测量极板和位于它们中间的圆柱形线体和感应元件组成，两对测量极板安装在基座上，中间板固定在垂线上，其缺点是圆柱线体感应雷电，易造成仪器故障，所以对附着线体感应元件与线体间绝缘要求很高，且仪器需严格接地。另外引张线因温度变形造成附着线体感应元件位置变化造成较大测量误差，长期运行存在漂移问题；机械式仪器是由步进电动机连接丝杆带动“U”形探头、线体在“U”型的中间位置。其缺点是遇到潮湿后易出现电机损坏，或转动阻力大，测值不正常等。
本实用新型的目的是提供一种光电式变形坐标仪，以克服上述现有技术中的缺点，它无机械动作、测量中无漂移、且抗干扰能力强，仪器使用寿命长。
本目的以下列技术方案来实现该光电式变形坐标仪，它有一个环型的壳体，在其一侧设有过线缝隙，环型壳体内设置有两部激光源、接收图像传感器，测控电路板，激光源的透镜与接收图像传感器位置相对应，其中每部接收图像传感器、激光源分别与测控电路板电连接，接收图像传感器相互连接。所述的接收图像传感器是由滤波片与CCD图像传感器粘接构成。所述的测控电路板包括CCD数据采集模块、数据处理模块及电源电路。CCD数据采集模块包括有接收CCD周期同步信号的CCD脉冲发生器电路，在其输出端接有CCD驱动电路，由驱动电路的输出连接到CCD图像传感器，CCD的输出分别连接有浮值比较电路及电平整形电路。数据处理模块包括有89C51单片机、单片机看门狗电路及RS485接口防雷击保护电路。
该光电式变形坐标仪从结构上它采用了当今最先进的CCD图像传感器与固态激光源平行光器件与设备；全数字电路控制部分分为模块布置胶封，它与仪器壳体形成了双重防护结构，防水、防潮性能好，整个仪器无机械动作，无漂移，抗干扰能力强，大大提高了测量精确度，完全克服了现有技术中的不足。
下列附图给出了本实用新型的实施例
图1为本实用新型外形构造注视图。
图2为本实用新型内部结构示意图。
图3为内部结构的电连接示意图。
图4为本实用新型的电路原理框图。
图5为本实用新型测控电路具体电路工作原理图。
图6为5V、12V的电源电路工作原理图。
结合附图对本实用新型的整体结构及其工作原理作更进一步的说明如图1、2所示该光电式变形坐标仪，它有一个座落在底板上的壳体1，整体基本成环状，在其一侧有过线缝隙2，垂线9从缝隙2进入并处于壳体方形环状口的中央，两套激光源3固定安装在壳体内，该激光源采用λ＝6700A，功率＝1mw固态激光器，镜头采用K9玻璃。在壳体内与激光源镜头相对应的装置有两套接收图像CCD传感器4，它们分别由CCD图像传感器与滤波片构成。接收图像CCD传感器电路板置于两个保护盒内与该仪器壳体1连接固定。测控电路板5也通过保护盒固定在仪器壳体内，整个电路受到胶封与外加保护盒双层保护。图3所示的是整体结构各部分电路连接关系，其中两套接收图像传感器4(即CCD图像传感器)接收端相互连接。两套激光源3及图像CCD传感器4分别与测控电路板5电连接，测控电路的输出连接RS485接口电路，测控电路引入220V电源线。图4所示，该光电式变形坐标仪的整个电路部分是由两大模块及电源电路构成，即CCD数据采集模块6、数据处理模块7及电源电路8。其中CCD数据采集模块6包括有接收CCD周期同步信号的CCD脉冲发生器电路，在其输出端接有CCD图像传感器，CCD图像传感器的输出分别连接有浮值比较电路及电平整形电路。数据处理模块7包括有89C51单片机、单片机看门狗电路及RS485接口防雷击保护电路。
根据提供的附图5、6对该坐标仪的电路工作原理作一详细描述见图5，测量时，单片机P1.2脚输出低电平，控制电子开关电源电路，打开光源、CCD数据采集模块(包括CCD驱动电路、CCD脉冲发生器及CCD线阵图像传感器、浮值比较电路及电平整形电路)电源，由4M晶振、54LS04等组成的脉冲发生器输出脉冲信号到分频器IC2(54LS393)P13脚，经IC2(54LS393)分频后，IC2(54LS39 3)P9脚、IC2(54LS393)P10脚分别输出1000KHz脉冲信号和500KHz脉冲信号，分两路输出到CCD图像传感器输入端一路为1000KHz脉冲信号和500KHz脉冲信号经IC5和IC6与非门到CCD图像传感器P20脚，另一路为500KHz脉冲信号反相后和1000KHz脉冲信号经IC5和IC6与非门到CCD图像传感器P4脚，作为CCD图像传感器的输入脉冲信号；同时IC2(54LS393)P6脚输出一路脉冲信号到分频器IC3(54LS393)P13脚，经IC3(54LS393)分频后，由IC3(54LS393)P5脚输出到IC4(54LS393)P12脚，IC4(54LS393)P5脚输出120Hz的脉冲信号作为89C51单片机数据采集的起始脉冲。CCD图像传感器将与起始脉冲对应的CCD像元亮度值脉冲信号输出，(参见图6)该像元亮度值脉冲信号进入到9014组成跟随器电路，取暗光源边缘脉冲分三路输出；见图5，两路脉冲信号经由IC11(LM124)分压后，得到浮值电压，进入IC13(LM139)组成的比较整形电路，另一路脉冲信号直接输出到IC13(LM139)组成的比较整形电路与浮值电压进行比较大于2/3浮值电压时，输出为低电平，小于2/3浮值电压大于1/3浮值电压时，输出为高电平，小于1/3浮值电压时，作为噪声信号滤除，经比较整形后，得出线体投影脉冲数输入到89C51单片机进行数据处理，计算线位像元个数及线体宽，得到被检测物的位移。完成一次测量后89C51单片机P1.2脚输出高电平，使电子开关线路中9014导通，关闭光源、CCD数据采集模块电源，经1480B传送测值于接口电路RS485，全过程2秒中内完成。
图6所示，光电式变形坐标仪采用了两种供电方式一路为连续供电，由7805稳压后供给89C51单片机看门狗及RS485电路；三路电压(双+5V、+12V)为可控制电压，在89C51单片机的控制下，经LM317稳压后供给光源、CCD数据采集模块(CCD驱动电路、CCD脉冲发生器及CCD线形图像传感器、浮值比较电路及电平整形电路)。该电源不但采用两种供电方式且具有干扰、噪声小、稳定性好的电子开关，可有效地延长测量部分的CCD数据采集模块等测量器件的寿命，提高测值的连续性、准确性和可靠性，满足岩土工程监测的工作方式。
图5所示，光电式变形坐标仪使用IC14(MAX705)和IC15(54LS86)组成看门狗电路，有效防止了因各种因素引起的“死机”，提高了可靠性，由单片机89C51的P1.1脚输出一脉冲信号至IC14(MAX705)的WD1脚，使IC14(MAX705)每1.6s翻转一次，若超时，则IC14(MAX705)的RST脚输出高电平，经IC15(54LS 86)触发89C51单片机复位。该坐标仪还采用了可靠的防雷击保护措施。RS485接口防雷击保护采用著名的美国MAXIM公司的防雷击产品MAX1480B芯片，其指标可达1600VRMS(1minute)或2000VRMS(1second)。为了消除电源线路上入侵的雷电波，采用在电源输入端增加双极性TVS瞬变电压抑制器与保险管相结合的方式保护。
权利要求1.一种光电式变形坐标仪，其特征是它有一个环型的壳体(1)，在其一侧设有过线缝隙(2)，环型壳体内设置有两部光源(3)、接收图像传感器(4)，测控电路板(5)，光源(3)的透镜与接收图像传感器(4)位置相对应，其中每部接收图像传感器(4)、光源(3)分别与测控电路板(5)电连接，接收图像传感器(4)相互连接。
2.根据权利要求1所述的光电式变形坐标仪，其特征是所述的接收图像传感器(4)是由滤波片与CCD图像传感器粘接构成。
3.根据权利要求1所述的光电式变形坐标仪，其特征是所述的测控电路板(5)主要包括CCD数据采集模块(6)、数据处理模块(7)及电源电路(8)。
4.根据权利要求3所述的光电式变形坐标仪，其特征是CCD数据采集模块(6)包括有接收CCD周期同步信号的CCD脉冲发生器电路，在其输出端接有CCD驱动电路，由驱动电路的输出连接到CCD图像传感器，CCD图像传感器的输出分别连接有浮值比较电路及电平整形电路。
5.根据权利要求3所述的光电式变形坐标仪，其特征是数据处理模块(7)包括有89C51单片机、单片机看门狗电路及RS485接口防雷击保护电路。
专利摘要该光电式变形坐标仪,主要由坐标仪壳体、光源、接收图像传感器及测控电路板组成。其中壳体成环状,其一侧有过线缝,每部光源的透镜与接收图像传感器位置相对应,接收图像传感器与光源分别与测控电路板电连接。该坐标仪从结构上克服了现有技术易感应雷电引发众多故障等缺点,从技术上采用了CCD图像传感器,使之无机械动作、无飘移、抗干扰能力强,大大提高了测量精确度。
文档编号G01C7/00GK2479477SQ01213189
公开日2002年2月27日 申请日期2001年4月13日 优先权日2001年4月13日
发明者郭晨, 尚宏, 吴小华, 路生鸿 申请人:西安联能自动化工程有限责任公司