专利名称：位移/挠度检测和监测装置及方法
技术领域：
本发明涉及用于检测及监测桥梁挠度、地面沉降、山体移动、楼宇下沉和移动的位移/挠度检测和监测的装置及方法，尤其是利用激光源的位移/挠度检测和监测装置及方法。
背景技术：
检测桥梁挠度、地面沉降、山体移动、楼宇下沉和移动在现代路桥、建筑中起着重要的作用。现有技术中，用于检测及监测桥梁挠度、山体移动的方法和装置越来越多，如中国专利最新公开的200510059624.1“一种坡体表面位移测量方法和装置”和200510020375.5“二维、大量程激光挠度/位移测量方法及装置”，前者采用转动扭矩小而灵敏度高的角位移传感器，但只能用于坡体表面位移测量。后者通过控制可控阻尼铰链结构使反映被测结构位置的激光光束水平射到光斑接收测量装置上，形成光斑，经摄像设备对光斑和标记成像，再计算激光光斑的重心位置和发光二极管像的相对距离，获得目前光斑的坐标，把坐标减去初始值，即获得目前光斑的位移值，得出被测结构的二位位移；该装置的激光光束只能水平射到光斑接收测量装置上，因此激光发射器和光斑接收测量装置必须处于同一水平线上，对于有倾角的场地无法使用，安装和使用的范围有限，即使是在水平面上安装，要求激光光束完全水平射到光斑接收测量装置的调试和操作也很困难；其次该装置在进行基准调试时必须很严格地调整摄像设备和屏幕的位置，使处于屏幕四个角的标记刚好进入摄像范围，操作和调整的要求高，再次该装置只能放于固定地点且激光发射器必须向下安装作监测之用，不能任意更换摆放位置，无法完成对不同要求的被测点的检测，而且，该装置只能监测静挠度，不能监测动挠度。
如上所述，这两种测量装置和方法使用的范围有限，安装调试困难，严重制约其在检测及监测桥梁挠度、地面沉降、山体移动、楼宇下沉和移动等方面的真正推广和应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种使用范围广，安装调试方便，可长期、远距离检测及监测桥梁、地面、山体、楼宇等位移/挠度的检测和监测装置及方法。
本发明的目的是这样实现的位移/挠度检测和监测装置，包括激光发射器、接收处理装置和预装软件的计算机，接收处理装置由摄像设备和投影面板组成；摄像设备通过电路与计算机连接，摄像设备的镜头端设有投影面板；激光发射器设于参考待测点，激光发射器对准接收处理装置的投影面板，使投影面板与激光束基本垂直。
所述投影面板为半反射投影面板；所述面板后贴上标尺膜。
位移/挠度检测和监测的方法，包括如下步骤首先利用半反射投影面板后的刻度膜对标尺基准进行标定；在标定时，首先在屏幕上指定任意一点作为零点，然后靠近屏幕用一束激光投射到该点上，从软件上确认该点为零点，之后在该零点的上下左右适当位置各取一点，通过该点在膜上标尺的读数确认其相对于零点的方向和距离，并在软件界面上进行确认；标定后，将激光发射器置于待测点，将接收装置置于固定的参考点；并调整激光发射器将激光射向投影面板，具有半反射效应的投影面板反射部分光束回发射器方向，调整半反射投影面板使反射光线恰好射正激光发射器，从而有效地保证投影面板与激光光束垂直；当待测点发生位移时，投射到投影面板上的激光光斑将同时发生位移，摄像设备摄取光斑信号并将信号通过电脑接口传入电脑。
电脑对采集到的光信号进行预处理后，进行光斑位置的运算，并与预先设定的零位移点进行比较，计算出相对零点的位移大小，并加以存储；根据存储的数据，可以检测出待测点的位移方向、大小和振动情况，方便地得出分析图表，画出位移的长期走势。
相比现有技术，本发明具有如下优点及特点1、由激光发射器、半反射投影面板、摄像设备和计算机及相应的软件构成，利用摄像设备获取激光光斑移动信号，采集的数据经由电脑接口传至电脑，便于观察，传输处理方便；结构简单、制造成本较低；2、激光发射装置和接收处理装置均安装在便于移动和调整的支座上，可以根据需要方便地移动和改变测试位置；3、能够检测及监测距离较远处的位移、挠度和振动变化，适于对桥梁挠度、地面沉降、山体移动、楼宇下沉和移动的检测及监测；4、可检测及监测任何时刻被测点的振动情况；以及长期位移或挠度及其趋势；可通过网络远距离获取信息进行分析。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1是本发明系统构造示意图；图2是本发明接收装置示意图；图3是激光发射器的安装示意图。
图中，1—激光发射器、2—半反射投影面板、3—摄像设备、4计算机、5—脚架。
具体实施例方式
图1所示，本发明位移/挠度检测和监测装置，由激光发射器1、半反射投影面板2、摄像设备3和预装相应软件的计算机4构成；摄像设备3通过电路与计算机4连接，摄像设备3的镜头端设有半反射投影面板2；激光发射器1设于待测点，根据反射光束调整激光发射器1和半反射投影面板2，使激光发射方向对准半反射投影面板2，并与半反射投影面板2良好垂直。
工作时，激光发射器1发出激光投射到距离较远且置于固定点的半反射投影面板2上。当待测点发生位移和振动时，激光发射器1随之移动，由激光发射器1发射的激光信号投射到投射面板2所形成的光斑将随之成比例地发生位移和振动，摄像设备3摄取光斑信号并将信号通过电脑接口传入电脑；电脑对采集到的光信号进行预处理后，进行光斑位置的运算。并与预先设定的零位移点进行比较，计算出相对零点的位移大小，并加以存储。
当待测点发生位移后，投射到半反射投影面板2上的激光光斑将同时发生位移，由此可以检测出待测点的位移方向、大小和振动情况，这些运动都以数据方式进行存储；根据存储的数据，可以方便地得出分析图表，画出位移的长期走势；并通过网络远程获取数据进行相关分析。目前使用30万象素摄像装置在探测30厘米乘以30厘米大小的屏幕时，检测误差小于±0.2毫米，而检测误差与检测距离无关。
如图2所示，接收处理装置包括摄像设备3和半反射投影面板2；接收处理装置设于可调整位置、角度和方向的脚架5上，接收处理装置外部还设有防护罩。半反射投影面板2的大小、方向和摄像设备的位置可针对不同的精度要求或测试需要进行调整，便于安装、便于标定基准，使用调试方便。
本发明采用具有反射或半反射效应的透明或半透明材料作为投影面板，面板后贴上具有精确刻度的标尺膜，激光投射到投影面板上后，部分激光光线透过面板投影到标尺膜上用于摄像设备检测，另一部分激光光线通过反射作用反射。
通过调整投影面板的位置、角度使反射激光光线正好反射回激光发射器处来有效地保证激光光束与面板良好垂直；激光光束经过远距离传输后由于发射角原因，在投射到投影面板上时将发散成一个较大的不规则光斑，本装置能够通过装置所采用的软件对光斑进行阈值设定、中值滤波等措施保证对光斑如重心的有效测量；可以将屏幕上任意一点作为零点，并在零点上下左右四个方向的任意位置各取一点，与屏幕上具有的精确标尺对照进行标定，这便于满足不种场合的位移和挠度的检测和监测的不同要求；激光投射到半反射投影面板形成光斑，该光斑的位置随着激光发射器的移动而移动，将激光发射器固定于被测点时，该光斑的移动将与被测点的位移一致。
如图3所示，激光发射部分由一个激光器1和可以调整方位、高低和发射倾角的脚架5作为支座，可以任意调整位置、高低和角度；激光可以通过调整支座任意改变发射方向，根据场地需要调整倾角射往投影面板。
权利要求
1.位移/挠度检测和监测装置，包括激光发射器、接收处理装置和预装软件的计算机，其特征在于接收处理装置由摄像设备(3)和投影面板(2)组成；摄像设备(3)通过电路与计算机(4)连接，摄像设备(3)的镜头端设有投影面板(2)；激光发射器(1)设于待测点，激光发射器(1)对准接收处理装置的投影面板(2)，使投影面板(2)与激光束基本垂直。
2.根据权利要求1所述的检测和监测装置，其特征在于所述投影面板(2)为半反射投影面板。
3.根据权利要求1所述的检测和监测装置，其特征在于所述面板(2)后贴上标尺膜。
4.根据权利要求1或2所述的检测和监测装置，其特征在于所述接收处理装置设于可调整位置、角度和方向的脚架(5)上。
5.根据权利要求4所述的检测和监测装置，其特征在于所述激光发射器以可调整方位、高低和发射倾角的脚架(6)作为支座。
6.位移/挠度检测和监测方法，其特征在于包括如下步骤利用激光发射器(1)和半反射投影面板(2)后的刻度膜对标尺基准进行标定；激光发射器(1)发出激光投射到距离较远且置于参考固定点的半反射投影面板(2)上；调整半反射投影面板(2)，使之反射部分光束回射激光发射器(1)，以保证激光光束与投影面板(2)的屏幕良好垂直，另一部分激光光线透过半反射投影面板(2)在膜上形成光斑；当待测点发生位移和振动时，激光发射器(1)随之移动，由激光发射器(1)发射的激光信号投射到投射面板(2)形成的光斑将随之成比例地发生位移和振动；摄像设备(3)摄取光斑信号并将信号通过电脑接口传入电脑(4)；电脑对采集到的光信号进行预处理后，进行光斑位置的运算；并与预先设定的零位移点进行比较，计算出相对零点的位移大小，并加以存储。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于根据存储的数据，可以方便地得出分析图表，画出位移的长期走势；并通过网络远程获取数据进行相关分析。
全文摘要
本发明公开一种位移/挠度检测和监测装置及方法，其装置包括激光发射器、接收处理装置和预装软件的计算机；接收处理装置由摄像设备和投影面板组成；摄像设备通过电路与计算机连接，摄像设备的镜头端设投影面板；激光发射器设于参考待测点，激光发射器对准接收处理装置的投影面板，使投影面板与激光束基本垂直；半反射投影面板后面贴有精确标尺刻度的膜。当待测点发生位移时，投射到投影面板上的激光光斑将同时发生位移，摄像设备摄取光斑信号并将信号通过电脑进行处理，计算出相对零点的位移大小。尤其用于检测及监测桥梁挠度、地面沉降、山体移动、楼宇下沉和移动。具有使用范围广、安装调试方便、可长期远距离检测及监测。
文档编号G01B11/00GK1789905SQ20051005747
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者张奔牛, 蓝章礼, 周志祥 申请人:张奔牛