1.本实用新型涉及大跨距微变形在线监测技术领域，特别涉及一种大跨距结构微变形在线监测装置及系统。
背景技术：2.目前，在船舶建造中，在大型设备安装的过程中，会涉及到如轴系对中和管道焊装等过程的变形测量，被测对象测点跨距长达数十米而变形一般在毫米甚至亚毫米量级，也即涉及到大跨距微变形的在线监测。
3.相关技术中，一般的摄影测量装置虽然能获取大型设备安装过程的变形，但是其测量是离线的需要安装施工暂停后才能进行，测量结果是间接得到的，影响了船舶建造效率和建造精度。
4.因此，有必要设计一种新的大跨距结构微变形在线监测装置及系统，以克服上述问题。
技术实现要素：5.本实用新型实施例提供一种大跨距结构微变形在线监测装置及系统，以解决相关技术中需要安装施工暂停后才能进行测量，间接得到测量结果，影响了船舶建造效率和建造精度的问题。
6.第一方面，提供了一种大跨距结构微变形在线监测装置，其包括：双光束激光器，其用于安装于待测对象的基点，所述双光束激光器配置成可发出平行的两束激光光束；以及第一探测器和第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器分别用于安装于所述待测对象的第一测点和第二测点，且所述第一探测器、所述第二探测器与所述双光束激光器间隔设置，所述第一探测器和所述第二探测器分别用于接收所述双光束激光器的两束激光光束，并将接收到的所述激光光束的位置信息输出。
7.一些实施例中，所述第一探测器具有用于接收所述双光束激光器的其中一束激光光束的第一接收面，所述第二探测器具有用于接收所述双光束激光器的另一束激光光束的第二接收面；所述双光束激光器发出的两束激光光束之间的间距大于所述第一接收面的宽度，且所述双光束激光器发出的两束激光光束之间的间距大于所述第二接收面的宽度。
8.一些实施例中，所述激光光束的光斑面积小于或者等于所述第一接收面的面积的20％，且所述激光光束的光斑面积小于或者等于所述第二接收面的面积的20％。
9.一些实施例中，所述双光束激光器包括激光芯片、分束器和反光镜，所述激光芯片输出的激光束经过所述分束器和所述反光镜形成平行的两束激光光束。
10.一些实施例中，所述双光束激光器还包括激光控制器，所述激光控制器用于控制所述激光芯片输出光强随预设频率呈周期性变化的激光束。
11.一些实施例中，所述双光束激光器还包括位于所述激光芯片与所述分束器之间的准直透镜组，所述准直透镜组用于将所述激光芯片输出的激光束变成准直光束。
12.一些实施例中，所述第一探测器包括：位置探测芯片，其用于接收所述激光光束，并将所述激光光束的位置信息转换为电流信号输出；信号放大滤波模块，其用于接收电流信号，并将电流信号转换成电压信号并放大；解调模块，其用于接收电压信号，并从电压信号中解调得到有用的位移调制信号；以及a/d采集模块，所述a/d采集模块用于将有用的位移调制信号转换为数字信号，并通过通信模块向外输出。
13.一些实施例中，所述大跨距结构微变形在线监测装置还包括：安装于所述第一探测器的第一基座，所述第一基座包括第一平动位移台和第一俯仰角位移台，所述第一平动位移台用于调节所述第一探测器的x、y向位移，所述第一俯仰角位移台用于调节所述第一探测器的角度；安装于所述第二探测器的第二基座，所述第二基座包括第二平动位移台和第二俯仰角位移台，所述第二平动位移台用于调节所述第二探测器的x、y向位移，所述第二俯仰角位移台用于调节所述第二探测器的角度；以及安装于所述双光束激光器的激光器基座，所述激光器基座包括第三平动位移台和第三俯仰角位移台，所述第三平动位移台用于调节所述双光束激光器的x、y向位移，所述第三俯仰角位移台用于调节所述双光束激光器的角度。
14.一些实施例中，所述大跨距结构微变形在线监测装置还包括显控终端，所述显控终端分别与所述第一探测器、所述第二探测器连接。
15.第二方面，提供了一种大跨距结构微变形在线监测系统，其包括：待测对象，所述待测对象具有间隔设置的基点、第一测点和第二测点；双光束激光器，其安装于所述基点，所述双光束激光器配置成可发出平行的两束激光光束；以及第一探测器和第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器分别安装于所述第一测点和所述第二测点；所述第一探测器和所述第二探测器分别用于接收所述双光束激光器的两束激光光束，并将接收到的所述激光光束的位置信息输出。
16.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果包括：
17.本实用新型实施例提供了一种大跨距结构微变形在线监测装置及系统，由于直接将第一探测器和第二探测器安装至待测对象对应的测点上，且将双光束激光器也安装在待测对象的基点上，第一探测器和第二探测器能够同时接收双光束激光器发出的激光光束，并将激光光束入射至第一探测器和第二探测器上的位置信息输出，探测器输出的数据直接反映了第一探测器和第二探测器的安装位置相对于双光束激光器的安装位置的实时变化，因此，可实现大跨距结构沿长度方向两测点二维微变形的实时同步监测，不影响建造效率和建造精度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的一种大跨距结构微变形在线监测装置的主视示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的一种大跨距结构微变形在线监测装置的俯视示意
图；
21.图3为本实用新型实施例提供的待测对象变形后的主视示意图；
22.图4为本实用新型实施例提供的一种双光束激光器的示意图；
23.图5为本实用新型实施例提供的一种第一探测器的示意图。
24.图中：
25.1、待测对象；
26.2、双光束激光器；21、激光芯片；22、分束器；23、反光镜；24、激光控制器；25、准直透镜组；26、保护窗片；
27.3、第一探测器；31、第一接收面；
28.4、第二探测器；41、第二接收面；
29.5、第一基座；6、第二基座；7、激光器基座。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.本实用新型实施例提供了一种大跨距结构微变形在线监测装置及系统，其能解决相关技术中需要安装施工暂停后才能进行测量，间接得到测量结果，影响了船舶建造效率和建造精度的问题。
32.参见图1至图3所示，为本实用新型实施例提供的一种大跨距结构微变形在线监测装置，其可以包括：双光束激光器2，其用于安装于待测对象1的基点，其中，一般将双光束激光器2安装于待测对象1的一端，所述双光束激光器2配置成可发出平行的两束激光光束，本实施例中，双光束激光器2启动后优选向同一方向发出两束激光光束，两束激光光束为单色光束，且互相平行；以及第一探测器3和第二探测器4(也即psd)，所述第一探测器3和所述第二探测器4分别用于安装于所述待测对象1的第一测点和第二测点，且所述第一探测器3、所述第二探测器4与所述双光束激光器2间隔设置，其中，第一测点和第二测点设置于激光光束的传播方向上，第一测点可以为待测对象1两端之间的某个位置，第二测点可以设置于待测对象1远离双光束激光器2的一端，以使得第一探测器3能够对待测对象1中部的变形情况进行实时监测，第二探测器4能够对待测对象1远端的变形情况进行实时监测；所述第一探测器3和所述第二探测器4分别用于接收所述双光束激光器2的两束激光光束，也即第一探测器3接收其中一束激光光束，第二探测器4接收另一束激光光束，并且第一探测器3能够将接收到的所述激光光束的位置信息输出，激光光束入射至第一探测器3的位置信息直接反映了第一探测器3相对于双光束激光器2(也即基点)的位置变化，根据第一探测器3输出的位置信息数据即可得知第一测点相对于基点的位置在x向和y向发生的变形，第二探测器4能够将接收到的所述激光光束的位置信息输出，激光光束入射至第二探测器4的位置信息直接反映了第二探测器4相对于双光束激光器2(也即基点)的位置变化，根据第二探测器4输出的位置信息数据即可得知第二测点相对于基点的位置在x向和y向发生的变形，安装在
待测对象1上的第一探测器3和第二探测器4可以在待测对象1进行施工的过程中实时进行监测，不影响建造效率和建造精度。
33.参见图2所示，在一些实施例中，所述第一探测器3可以具有用于接收所述双光束激光器2的其中一束激光光束的第一接收面31，所述第二探测器4具有用于接收所述双光束激光器2的另一束激光光束的第二接收面41，其中，第一接收面31与第二接收面41的形状和大小可以相同，接收面的面积可以为10mm
×
10mm、20mm
×
20mm或者40mm
×
40mm等；所述双光束激光器2发出的两束激光光束之间的间距大于所述第一接收面31的宽度，且所述双光束激光器2发出的两束激光光束之间的间距大于所述第二接收面41的宽度，避免双光束激光器2发出的两束激光光束全部照射至第一接收面31或者全部照射至第二接收面41。
34.参见图1所示，在一些可选的实施例中，所述激光光束的光斑面积小于或者等于所述第一接收面31的面积的20％，且所述激光光束的光斑面积小于或者等于所述第二接收面41的面积的20％，以保证第一探测器3和第二探测器4的测量量程。
35.参见图4所示，在一些实施例中，所述双光束激光器2可以包括激光芯片21、分束器22和反光镜23，其中，所述激光芯片21可以输出一束激光束，所述激光芯片21输出的激光束可以经过所述分束器22和所述反光镜23形成平行的两束激光光束，具体的，分束器22设置于激光芯片21输出的激光束的传播方向上，所述激光芯片21输出的激光束经过分束器22后部分透射出来形成一束激光光束，部分反射至反射镜，并经反射镜反射出来形成另一束激光光束，从而保证了两束激光光束的平行，且激光光束的波长可以是第一探测器3和第二探测器4响应的波长范围内的任意波长，本实施例中激光光束的波长可以优选为850nm。
36.参见图4所示，在一些可选的实施例中，所述双光束激光器2还可以包括激光控制器24，所述激光控制器24可以通过线缆与激光芯片21电性连接，所述激光控制器24用于控制所述激光芯片21输出光强随预设频率呈周期性变化的激光束，以屏蔽环境光的影响，其中，激光束的光强可以是呈周期性变化的正弦波，也可以是方波等，激光芯片21可以以内调制的方式输出光强高频变化的激光束，其中，内调制可以是通过激光控制器24调制激光芯片21的供电功率实现，一般光强变化频率不低于10khz，本实施例中，激光控制器24优选控制激光芯片21输出光强随20khz正弦变化。
37.参见图4所示，在一些实施例中，所述双光束激光器2还可以包括位于所述激光芯片21与所述分束器22之间的准直透镜组25，所述准直透镜组25也设置于激光芯片21输出的激光束的传播方向上，所述准直透镜组25用于将所述激光芯片21输出的激光束变成准直光束，实现激光的准直传输，或者实现大跨度的测量，由于激光的准直效应激光束能传输较远距离，因此第一探测器3和第二探测器4可以安装在距离激光器较远的位置，最远可达100m。进一步，所述双光束激光器2还可以包括分别设置于两束激光光束的传播方向上的保护窗片26，两束激光光束分别穿过所述保护窗片26入射至第一接收面31和第二接收面41上。
38.参见图5所示，在一些可选的实施例中，所述第一探测器3可以与第二探测器4的结构相同，其中所述第一探测器3可以包括：位置探测芯片，其用于接收所述激光光束，并将所述激光光束的位置信息转换为电流信号输出，第一探测器3的第一接收面31也即设置于位置探测芯片上；信号放大滤波模块，其用于接收电流信号，并将电流信号转换成电压信号并放大；解调模块，其用于接收电压信号(也即接收放大后的电压信号)，并从电压信号中解调得到有用的位移调制信号；以及a/d采集模块，所述a/d采集模块用于将有用的位移调制信
号(本实施例中，调制信号为模拟信号)转换为数字信号，并通过通信模块向外输出。也即第一位置探测器直接得到的是光斑在第一接收面31上的位置信息，并将该位置信息经过一系列的转换成为数字信号，进而可以输出到显控终端进行显示，其中，显控终端可以为台式计算机、平板电脑或者手机等，显控终端与第一探测器3的通讯方式可以为有线方式如以太网、rs232，rs485，can总线通讯，也可以为无线方式，如蓝牙通讯、无线以太网通讯。所述第一探测器3还可以包括电源模块以及控制模块，所述电源模块可以为第一探测器3内部的各模块供电，所述控制模块实现第一探测器3、第二探测器4的采集以及通讯控制。本实施例中，双光束激光器2采用功率调制激光输出，第一探测器3和第二探测器4采用基于横向光电效应的位置感知原理和相应解调电路，有效的避免了环境光对激光束位置探测的干扰误差，有效保证测量精度，第一探测器3和第二探测器4精度可达到10μm的测量精度。第一探测器3还可以包括滤光片，滤光片用于滤除850nm以外的无用背景光。
39.参见图1所示，在一些实施例中，所述大跨距结构微变形在线监测装置还可以包括：安装于所述第一探测器3的第一基座5，第一探测器3可以通过第一基座5安装于待测对象1上，其中，所述第一基座5可以包括第一平动位移台和第一俯仰角位移台，所述第一平动位移台可以用于调节所述第一探测器3的x、y向位移，所述第一俯仰角位移台用于调节所述第一探测器3的角度；所述第一平动位移台可以包括所述第一x向平动位移台和第一y向平动位移台，其中，第一x向平动位移台可以实现第一探测器3在x向移动，第一y向平动位移台可以实现第一探测器3在y向移动，第一x向平动位移台和第一y向平动位移台的结构组成可以一致，且第一x向平动位移台水平设置，第一y向平动位移台竖直设置，第一x向平动位移台与第一y向平动位移台可以通过螺栓连接，所述第一x向平动位移台可以包括丝杆螺母、燕尾导轨副、电磁刹车和电机，并配合光栅尺使用可实现1um的定位精度。所述第一俯仰角位移台可以包括台转轴铰链、辅助稳定铰链、驱动铰链、光栅尺反馈模块、丝杠和驱动电机等部件，第一俯仰角位移台可以带动第一探测器3绕x轴转动，可实现20”的角位移定位精度。
40.安装于所述第二探测器4的第二基座6，第二探测器4可以通过第二基座6安装于待测对象1上，所述第二基座6可以包括第二平动位移台和第二俯仰角位移台，所述第二平动位移台用于调节所述第二探测器4的x、y向位移，所述第二俯仰角位移台用于调节所述第二探测器4的角度；以及安装于所述双光束激光器2的激光器基座7，所述激光器基座7可以通过激光器基座7安装于待测对象1上，所述激光器基座7包括第三平动位移台和第三俯仰角位移台，所述第三平动位移台用于调节所述双光束激光器2的x、y向位移，所述第三俯仰角位移台用于调节所述双光束激光器2的角度。其中，所述第二平动位移台、所述第三平动位移台与所述第一平动位移台的结构可以相同，所述第二俯仰角位移台、所述第三俯仰角位移台与所述第一俯仰角位移台的结构可以相同。
41.本实施例中，可以通过适配工装将双光束激光器2、第一探测器3和第二探测器4安装在待测对象1上，并可以根据测量对象的不同结构形式设置不同的适配工装。
42.本实用新型实施例还提供了一种大跨距结构微变形在线监测系统，其可以包括：待测对象1，所述待测对象1具有间隔设置的基点、第一测点和第二测点；双光束激光器2，其安装于所述基点，所述双光束激光器2配置成可发出平行的两束激光光束；以及第一探测器3和第二探测器4，所述第一探测器3和所述第二探测器4分别安装于所述第一测点和所述第
二测点；所述第一探测器3和所述第二探测器4分别用于接收所述双光束激光器2的两束激光光束，并将接收到的所述激光光束的位置信息输出。其中，双光束激光器2、第一探测器3以及第二探测器4的具体结构已在上述大跨距结构微变形在线监测装置的实施例中进行描述，在此不再赘述。
43.本实用新型实施例提供的一种大跨距结构微变形在线监测装置的监测方法可以包括以下步骤：
44.步骤1：将双光束激光器2安装于待测对象1的基点，同时将第一探测器3和第二探测器4分别安装于所述待测对象1的第一测点和第二测点，使所述第一探测器3、所述第二探测器4与所述双光束激光器2间隔设置。在安装的过程中，保证双光束激光器2的两束激光光束能够分别入射到第一探测器3的第一接收面31上以及第二探测器4的第二接收面41上，且第一探测器3与第二探测器4之间无互相遮挡现象的存在。
45.步骤2：启动所述双光束激光器2，使所述双光束激光器2同时发出平行的两束激光光束，同时，所述第一探测器3和所述第二探测器4分别同时接收所述双光束激光器2的两束激光光束，并将接收到的所述激光光束的位置信息输出，以使第一探测器3和第二探测器4同时监测待测对象1两处的微变形。第一探测器3和第二探测器4输出的数据直接反映了第一探测器3和第二探测器4安装位置相对于双光束激光器2安装位置在激光光束垂直面x向和y向的实时变形，若待测对象1未发生变形，则第一探测器3和第二探测器4的输出数据分别为初始数据(x
10
，y
10
),(x
20
，y
20
)保持不变，若在待测对象1安装作业的过程中，待测对象1发生了变形，待测对象1带动第一探测器3和第二探测器4发生运动，导致其输出值分别变为了(x
11
，y
11
)，(x
21
，y
21
)，则待测对象1的第一测点处相对于基点发生的变形为(x
11-x
10
，y
11-y
10
)，第二测点处相对于基点发生的变形为(x
21
–
x
20
，y
21
–y20
)。
46.进一步，于步骤2之前，在所述将双光束激光器2安装于待测对象1的基点，同时将第一探测器3和第二探测器4分别安装于所述待测对象1的第一测点和第二测点，使所述第一探测器3、所述第二探测器4与所述双光束激光器2间隔设置之后，还可以包括：调整所述第一探测器3的第一基座5、所述第二探测器4的第二基座6和所述双光束激光器2的激光器基座7，使所述第一探测器3和所述第二探测器4的输出值在(0，0)附近，使变形测量量程最大，并记录所述第一探测器3和所述第二探测器4初始状态的输出数据(x
10
，y
10
)和(x
20
，y
20
)。
47.本实用新型实施例提供的一种大跨距结构微变形在线监测装置及系统的原理为：
48.由于直接将第一探测器3和第二探测器4安装至待测对象1对应的测点上，且将双光束激光器2也安装在待测对象1上，第一探测器3和第二探测器4能够接收双光束激光器2发出的激光光束，并将激光光束入射至第一探测器3和第二探测器4上的位置信息输出，以双光束激光器2发出的两束激光光束作为参考基准，第一探测器3和第二探测器4实时感知入射的激光光斑在探测器敏感面的位置坐标(x,y)，第一探测器3和第二探测器4实时输出的数据直接反映了第一探测器3和第二探测器4的安装位置相对于双光束激光器2的安装位置的实时变化(也即第一测点和第二测点相对于基点在激光光束垂直面x向和y向的微小变形)，因此，可实现大跨距结构沿长度方向两测点二维微变形的实时同步监测，可在大尺度结构在安装或其他作业的同时，在线监测作业给结构带来的变形，不需要暂停作业，提高了测量和作业效率。
49.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系
为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
50.需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。