一种基于三角激光测距原理的静力水准水位测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种静力水准系统对结构物竖向位移的测量装置。

背景技术：

目前较为普遍的CCD静力水准测量系统是通过连接水管向容器中注入一定量的工作液体，内置的浮子随液位的高低变化而上下移动时，浮子上的连接杆会带动标志物也作上下移动。系统中的光源经反射镜偏转后反射到透镜，产生一束平行光，照射到标志物上，在标志物的另一面安装有电荷耦合器件CCD。随着标志物随液面上下移动，阴影在CCD的位置也不同。CCD输出信号变化来反应测点位置高度的变化。

这种测量装置由于自身的组成会存在以下弊端：

1.浮子连接杆易发生倾斜，造成其与保护管壁摩擦而产生测量误差；

2.浮子在液面上下移动时会附着液体，产生浸润误差。

此类水准测量系统采用的传统浮子式测量法，虽然使用了较高标称精度的CCD传感器，但仍存在较大的系统测量误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于减小现有CCD静力水准测量系统的测量误差，设计一种锥形浮子的非接触式三角激光静力水准测量装置，采用非接触式三角激光进行成像位置的测量，提高了结构物竖向位移的测量精度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于三角激光测距原理的静力水准水位测量装置，包括液体容器、传感器仓、三角激光传感器、锥形浮子、前端处理电路板，所述传感器仓位于液体容器的上侧，三角激光传感器安装在传感器仓的底部中心，传感器仓的内部设有前端处理电路板，传感器仓上侧壁设有线缆连接口，液体容器的侧壁设有液体容器通气孔，液体容器的底侧壁设有液体连通口，所述锥形浮子位于液体容器内。

本实用新型利用了在相连的容器中，液体总是寻求具有相同势能的水平面来平衡的原理，来测量各测点之间的垂直高度差。在相对稳定点设立一台三角激光静力水准水位测量装置作为基准点，在若干个待测点的每个位置均设立一台三角激光静力水准水位测量装置，然后用液体连通管将基准点的三角激光静力水准水位测量装置与若干个测量点的三角激光静力水准水位测量装置在各自的液体连通口处连接。当测点竖向产生位移时，液位的改变量可以通过三角激光传感器测距而得。三角激光传感器记录的数据通过前端处理电路板连接到数据采集系统，进行各测点与基准点之间的相对竖向位移的计算分析。

测量工作原理是三角激光传感器记录初始状态时基准点的液面高度H_基0及各测点的液面高度H_测0，并记录测点产生位移后第i时刻基准点的液面高度H_基i及各测点的液面高度H_测i。各测点在第i时刻相对于基准点的竖向位移差为该测点前后液位变化量与基准点前后液位变化量之差，可按照下述公式来计算：

△h_i＝(H_测i-H_测0)-(H_基i-H_基0)

本实用新型实现的有益效果:

与现有的CCD静力水准测量装置相比，本实用新型采用的基于三角激光测距原理的静力水准水位测量装置为非接触式静力水准水位测量装置，本实用新型的提出目的在于减小现有CCD静力水准系统的测量误差，设计一种锥形浮子的非接触式三角激光静力水准测量装置，其采用的锥形浮子在液面中的状态接近于悬浮状态，浮子浸润线变化小，故浸润误差小；浮子表面粗糙不光滑，采用漫反射的原理进行相位采集；采用三角激光测量，测量精度高。在对结构物竖向位移的测量精度上有较大的提高。

附图说明

图1为本实用新型三角激光静力水准水位测量装置结构图。

图2为本实用新型三角激光静力水准水位测量初始液位状态系统示意图。

图3为本实用新型三角激光静力水准水位测量发生位移变化后液位状态系统示意图。

图4为本实用新型三角激光测距原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型中的三角激光静力水准水位测量装置包括：液体容器1、传感器仓2、三角激光传感器3、前端处理电路板4、线缆连接口5、液体容器通气孔6、液体7、液体连通口8、底座9、锥形浮子10。所述传感器仓2安装于所述液体容器1的上侧，所述三角激光传感器3安装在所述传感器仓2的底部中心位置，所述前端处理电路板4安装在所述传感器仓2内部，并通过电路连接到所述线缆连接口5，所述液体容器1上侧容器壁处留有所述液体容器通气孔6，下侧容器壁处留有所述液体连通口8，底部安装有底座9，内部装有液体7，液体7上漂浮锥形浮子10。

图2为本实用新型中的三角激光静力水准水位测量时的初始液位状态系统示意图，所述基准点装置14与待测点装置15通过液体连通管13在装置的液体连通口8处相连接，并通过所述线缆16在装置的线缆连接口5处相连接，并最终由线缆16连接到数据采集系统11。

本实例待测点个数为一个，可以推广到数个待测点。

如图2、图3所示，所述基准点装置14安装在相对固定不变的位置，所述待测点装置15安装在需要测量的位置，在初始状态时，两个装置中的所述三角激光传感器3中的激光器17向液面上的锥形浮子10发射激光，激光遇到锥形浮子10发生漫反射，经所述镜片18聚焦于所述CCD阵列19上，用以反映液面位置，由所述前端处理电路板4记录并处理所述CCD阵列上采集到的位置数据，并通过线缆16连接到所述数据采集系统11。经过计算分析可得所述基准点装置14中的液面距离H_基0和所述待测点装置15中的液面距离H_测0。

图3为本实用新型中的三角激光静力水准待测点装置发生位移变化后的液位状态系统示意图，系统可以测得待测点发生竖向位移后所述基准点装置14中的液面距离H_基1和所述待测点装置15中的液面距离H_测1。

此时，待测点相对于基准点的竖向位移差△h₁为该点液位变化量与基准点液位变化量之差，可按照下述公式来计算：

△h₁＝(H_测1-H_测0)-(H_基1-H_基0)

本实用新型解决了现有CCD静力水准系统的测量误差大的问题，在测量精度上有较大的提高。