一种大范围位移的精确测量方法、装置及其应用与流程

文档序号:12116751阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种大范围位移的精确测量方法,其特征在于:包括:

随待测目标移动的激光器,用于从所述待测目标的位置发射定向的光信号;

在大的空间平面范围内捕捉所述光信号的位置导向器;以及,

在小的空间平面范围内捕捉所述光信号的面阵CCD元件(3);

所述位置导向器和面阵CCD元件(3)所捕捉所述光信号的空间平面平行;

首先利用位置导向器在所述大的空间平面范围内确定所述光信号所在的所述小的空间平面范围,再利用所述面阵CCD元件(3)在所述小的空间平面范围内确定所述光信号的精确位置;

根据所述待测目标在移动前后所测定的所述光信号的精确位置,测算得到所述待测目标在所测空间平面上的位移。

2.根据权利要求1所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:所述位置导向器包括光敏器件,布置在所述大的空间平面范围内,用以捕捉所述光信号,所述小的空间平面范围为单一光敏器件在所测空间平面内能够感知所述光信号的范围;

所述面阵CCD元件(3)能够按一定方式完全覆盖所述光敏器件,使得所述面阵CCD元件(3)与所述光敏器件的相对位置在覆盖状态时保持不变;

所述面阵CCD元件(3)移动至按既定方式覆盖所述光敏器件时,由所述面阵CCD元件(3)上的某感光点所感知到所述光信号的位置即为所述光信号的精确位置。

3.根据权利要求2所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:待测目标在前后两个不同精确位置之间的位移由所述面阵CCD元件位移和所述感光点变化位移相加计算得到;

所述面阵CCD元件位移是指所述面阵CCD元件(3)由测定前一精确位置处向测定后一精确位置处移动所产生的位移;

所述感光点变化位移是指由前一感知到所述光信号的感光点在所述面阵CCD元件(3)上的位置到后一感知到所述光信号的感光点在所述面阵CCD元件(3)上的位置的位移。

4.根据权利要求1、2或3所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:所述位置导向器包括多个光敏器件,光敏器件作为光敏单元均匀排布构成光敏单元矩阵(7),所述光敏单元矩阵(7)在所测空间平面内能够感知所述光信号的范围即为所述大的空间平面范围。

5.根据权利要求4所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:所述光敏器件为方形的光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管,相邻光敏器件紧密排布,并通过监测电路实现对所述光信号的感知。

6.根据权利要求4所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:所述光敏单元矩阵(7)侧方设有由伺服电机驱动的传动机构,所述传动机构带动面阵CCD元件(3)平行于所述光敏单元矩阵(7)移动,以覆盖感知所述光信号的光敏器件;

所述面阵CCD元件(3)的平面位移通过所述伺服电机精确测算得到。

7.根据权利要求1所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:所测空间平面与所述光信号的发射方向垂直,所述待测目标的空间位移由以下方法测算得到:

测定所述光信号在所述待测目标移动前后由激光器到达所述位置导向器的时间差值,根据光速,由位移-时间公式计算得到所述待测目标垂直于所测空间平面的位移,将其与所述待测目标在所测空间平面上的位移相加即得所述待测目标的空间位移。

8.根据权利要求1所述的大范围位移的精确测量方法,其特征在于:所述大的空间平面范围包括所述待测目标的移动路径沿所述激光器发光方向在所述大的空间平面上的二维投影。

9.一种大范围位移的精确测量装置,其特征在于:包括:半导体激光器、位置导向器和位于前两者之间的面阵CCD元件(3),以及驱动所述面阵CCD元件(3)的动力传动机构和控制器(6);

所述激光器与待测目标绑定,随待测目标移动,用于从所述待测目标的位置发射定向的光信号;

所述位置导向器包括光敏单元矩阵(7),其由多个与监测电路相连的方形光敏器件均匀排列构成,所述光敏器件用于感知所述光信号,所述监测电路用于识别所述光敏单元矩阵(7)中感知所述光信号的光敏器件,所述监测电路与所述控制器(6)连接;

所述动力传动机构为二维运动平台,由伺服电机驱动所述面阵CCD元件(3)在运动平面内移动,所述伺服电机通过驱动电路与所述控制器(6)连接;

所述面阵CCD元件(3)及其运动平面均与所述光敏单元矩阵(7)平行,且所述面阵CCD元件(3)的尺寸不小于所述光敏器件的尺寸,以使所述面阵CCD元件(3)能够覆盖所述光敏器件;所述面阵CCD元件(3)与所述控制器(6)连接;

所述控制器(6)首先通过所述监测电路识别所述光敏单元矩阵(7)中感知所述光信号的光敏器件, 再通过所述驱动电路控制二维运动平台带动所述面阵CCD元件(3)移动至覆盖所述光敏器件,所述面阵CCD元件(3)上感知到所述光信号的感光点的位置由所述控制器(6)获得,即为所述光信号的精确位置;

根据所述待测目标在移动前后所测定的所述光信号的精确位置,测算得到所述待测目标在所测空间平面上的位移。

10.如权利要求9所述大范围位移的精确测量装置的应用,其特征在于:应用于路基沉降监测或隧道形变量监测技术领域。

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