專利名稱：測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種測(cè)量三維空間的系統(tǒng)，特別是涉及了一種用于測(cè)量有水河床的三維空間地形的超聲波和激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
早在上個(gè)世紀(jì)60年代，國(guó)內(nèi)外的一些大專院校和研究所就已經(jīng)結(jié)合當(dāng)時(shí)先進(jìn)的光電技術(shù)開展關(guān)于河工模型地形測(cè)量?jī)x方面的研制，采用的技術(shù)路線包括電阻式、超聲波式、光電對(duì)射式和激光等。這些方法在測(cè)量方式上脫離了人工逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的方式，而采用沿?cái)嗝娓櫟匦蔚臏y(cè)量方式，提高了測(cè)量速度和精度。不足之處是這些測(cè)量方式仍然是接觸式測(cè)量，對(duì)地形造成一定的破壞，影響了后繼的試驗(yàn)。而且，測(cè)量受水的渾濁度的影響，經(jīng)常會(huì)出錯(cuò)。
本發(fā)明的發(fā)明目的是克服上述的缺陷，而提供一種自動(dòng)化程度高、省時(shí)、省力的測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了完成本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、在所測(cè)量的河道上橫跨河道架設(shè)的橫向?qū)к?、在橫向?qū)к壍囊欢斯潭ǖ募す鉁y(cè)距儀、在橫向?qū)к壍牧硪欢斯潭ǖ牟竭M(jìn)電機(jī)和在橫向?qū)к壣匣瑒?dòng)的測(cè)車，步進(jìn)電機(jī)通過鋼索帶動(dòng)測(cè)車在橫向?qū)к壣蠙M向滑動(dòng)，測(cè)車上裝有一個(gè)可上下滑動(dòng)的超聲傳感器升降桿，超聲傳感器升降桿的一端浸入水中，在該端裝有水下超聲傳感器探頭，超聲傳感器升降桿的中部裝有水上超聲傳感器探頭，水上和水下超聲傳感器探頭、步進(jìn)電機(jī)和激光測(cè)距儀分別與上述計(jì)算機(jī)相連。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其中所述水下超聲傳感器探頭的外側(cè)裝有保護(hù)筒，保護(hù)筒的下側(cè)裝有兩個(gè)限位開關(guān)。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其中所述水上超聲傳感器探頭位于水面和橫向?qū)к壷g，它暴露在空氣中。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其中所述水上和水下超聲傳感器探頭都是由超聲波接收器和超聲波發(fā)生器組成。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其中所述保護(hù)筒為塑料。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其中所述步進(jìn)電機(jī)和激光測(cè)距儀上分別裝有滑輪，所述鋼索繞過兩個(gè)滑輪，所述測(cè)車與鋼索的一點(diǎn)或兩點(diǎn)相連。
本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)還包括沿著河道架設(shè)的縱向?qū)к墸瑱M向?qū)к壴诳v向?qū)к壣闲羞M(jìn)。
本發(fā)明的測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)精度高、耗時(shí)短，該系統(tǒng)利用超聲測(cè)距與激光測(cè)距各自的優(yōu)點(diǎn)，將兩者有機(jī)地結(jié)合在一起，并通過測(cè)量水面的探頭和測(cè)量河床的探頭的組合及主程序中特殊的算法校正后，系統(tǒng)可以精確記錄水平坐標(biāo)點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)的垂直高程，一個(gè)5米長(zhǎng)的斷面，測(cè)量100個(gè)點(diǎn)，僅用1分鐘即可完成，極大地縮短了測(cè)量的時(shí)間，并且該系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于移動(dòng)。


圖1是本發(fā)明測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明中的測(cè)車、兩個(gè)滑輪和鋼索連接關(guān)系的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，它包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)4、在所測(cè)量的河道上橫跨河道架設(shè)的橫向?qū)к?、在橫向?qū)к?的一端固定的激光測(cè)距儀5、在橫向?qū)к?的另一端固定的步進(jìn)電機(jī)10和在橫向?qū)к?上滑動(dòng)的測(cè)車1，步進(jìn)電機(jī)10通過鋼索12帶動(dòng)測(cè)車1在橫向?qū)к?上橫向滑動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)10和激光測(cè)距儀5上分別裝有滑輪11，鋼索12繞過兩個(gè)滑輪11，測(cè)車1可以與鋼索12前、后、左或右的一點(diǎn)或兩點(diǎn)相連，當(dāng)然也可以如圖2所示，測(cè)車1與鋼索12的前后兩點(diǎn)相連。本系統(tǒng)可以只包括橫向?qū)к?，也可以包括橫跨河道的橫向?qū)к?和沿著河道架設(shè)的縱向?qū)к?，橫向?qū)к?在縱向?qū)к?上行進(jìn)。測(cè)車1上裝有一個(gè)可以上下滑動(dòng)的超聲傳感器升降桿2，它的一端浸入水中，該端裝有水下超聲傳感器探頭6，該水下超聲傳感器探頭6的外側(cè)裝有塑料保護(hù)筒8，筒保護(hù)筒8的下側(cè)裝有兩個(gè)限位開關(guān)7，另外，在超聲傳感器升降桿2的中部裝有水上超聲傳感器探頭6A，該探頭6A一般來說距水面有一距離。超聲傳感器探頭6，6A、步進(jìn)電機(jī)1和激光測(cè)距儀5分別與計(jì)算機(jī)4相連。超聲傳感器探頭6，6A由超聲波接收器和超聲波發(fā)生器組成。
工作原理將橫向?qū)к?橫跨地架設(shè)在河道上，激光測(cè)距儀5固定在橫向?qū)к?的一端，步進(jìn)電機(jī)10固定在橫向?qū)к?的另一端，將測(cè)車1放置在橫向?qū)к?上，通過滑輪11和鋼纜12步進(jìn)電機(jī)10帶動(dòng)測(cè)車1在橫向?qū)к?上滑動(dòng)，因?yàn)闇y(cè)車1、橫向?qū)к?、超聲傳感器升降桿2、超聲傳感器探頭6和鋼索12的自重，測(cè)車在橫向軌道3上的行進(jìn)過程中，勢(shì)必要引起橫向?qū)к?向下的彎曲變形，因此超聲傳感器升降桿2上裝有兩個(gè)超聲傳感器，其中一個(gè)水下超聲傳感器探頭6裝在升降桿2的一端浸入水中，測(cè)量水下地形與探頭的間距，該超聲傳感器探頭6的外側(cè)裝有塑料保護(hù)筒8，保護(hù)筒8的下側(cè)裝有兩個(gè)限位開關(guān)7，將保護(hù)筒8的一半放置在河水中，保護(hù)筒8是為了有效地消除超聲測(cè)量的盲區(qū)，同時(shí)防止水中的污泥和雜物附著在傳感器探頭6上，另一個(gè)水上超聲傳感器探頭6A裝在超聲傳感器的中部，暴露在空氣中，測(cè)量其與水面的間距。水下超聲傳感器探頭6、水上超聲傳感器探頭6A、步進(jìn)電機(jī)10和激光測(cè)距儀5分別與計(jì)算機(jī)4相連，計(jì)算機(jī)4向步進(jìn)電機(jī)10發(fā)出信號(hào)，命令步進(jìn)電機(jī)10行走一預(yù)定的距離，步進(jìn)電機(jī)10接到該命令后通過鋼索12拖動(dòng)測(cè)車1行走一距離后，固定在橫向?qū)к?一端的激光測(cè)距儀5發(fā)射出激光來檢測(cè)測(cè)車1行走的實(shí)際距離，即圖1在X方向的坐標(biāo)，并將所測(cè)得的X方向的坐標(biāo)傳送給計(jì)算機(jī)4，同時(shí)，浸在水中的水下超聲傳感器探頭6向水下發(fā)射超聲波，并且接收從河床反射回來的超聲波來探測(cè)水下的河床在圖1的Y方向坐標(biāo)，并將所測(cè)得Y方向的坐標(biāo)傳送給計(jì)算機(jī)4，而在橫向?qū)к?和水面之間的水上超聲傳感器探頭6A向水面發(fā)射超聲波，并且接收從水面反射回來的超聲波來探測(cè)該探頭6A與水面之間的距離，并將所測(cè)得距離傳送給計(jì)算機(jī)4，在水面和橫向?qū)к?之間的水上超聲傳感器探頭6A來矯正由于橫向?qū)к?的彎曲而引起的浸在水中的水下超聲傳感器探頭6所測(cè)得Y方向的坐標(biāo)的誤差，因此得到河床在該斷面一個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。保護(hù)筒8在隨測(cè)車1行進(jìn)過程中如果碰上障礙物，將會(huì)觸發(fā)限位開關(guān)7斷開步進(jìn)電機(jī)10的電源，自動(dòng)停止測(cè)車的行走，避免碰撞障礙物，待人工將超聲傳感器升降桿2提起、推動(dòng)測(cè)車1繞開障礙物并將限位開關(guān)7復(fù)位后，步進(jìn)電機(jī)10繼續(xù)帶動(dòng)測(cè)車1沿著橫向?qū)к?移動(dòng)。隨著測(cè)車1沿著橫向?qū)к?不斷的移動(dòng)，系統(tǒng)測(cè)出該斷面不同點(diǎn)準(zhǔn)確的位置，將這些點(diǎn)連成曲線，就可以得出該斷面的圖形，若系統(tǒng)只有導(dǎo)橫向?qū)к?，那么在測(cè)完該端面后，人工移動(dòng)橫向?qū)к?，將其放置在河道的不同位置，重復(fù)上述測(cè)量步驟，就可以測(cè)出與圖1的Z軸方向相應(yīng)斷面的圖形，按照上述方法，可以測(cè)出多個(gè)斷面的圖形，將多個(gè)斷面的圖形組合后，可以得到整個(gè)河道的三維立體圖形。若系統(tǒng)包括橫向?qū)к?和縱向?qū)к?，那么在測(cè)完一個(gè)斷面的圖形后，只需將橫向?qū)к?沿著縱向?qū)к?移動(dòng)一預(yù)定的距離，就可以測(cè)量下一斷面，以此類推，可得到整個(gè)河道的三維立體圖形。
以上描述是對(duì)本發(fā)明的解釋，不是對(duì)發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于它包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)(4)、在所測(cè)量的河道上橫跨河道架設(shè)的橫向?qū)к?3)、在橫向?qū)к?3)的一端固定的激光測(cè)距儀(5)、在橫向?qū)к?3)的另一端固定的步進(jìn)電機(jī)(10)和在橫向?qū)к?3)上滑動(dòng)的測(cè)車(1)，步進(jìn)電機(jī)(10)通過鋼索(12)帶動(dòng)測(cè)車(1)在橫向?qū)к?3)上橫向滑動(dòng)，測(cè)車(1)上裝有一個(gè)可上下滑動(dòng)的超聲傳感器升降桿(2)，超聲傳感器升降桿(2)的一端浸入水中，在該端裝有水下超聲傳感器探頭(6)，在超聲傳感器升降桿(2)的中部裝有水上超聲傳感器探頭(6A)，水下超聲傳感器探頭(6)、水上超聲傳感器探頭(6A)、步進(jìn)電機(jī)(1)和激光測(cè)距儀(5)分別與上述計(jì)算機(jī)(4)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于所述水下超聲傳感器探頭(6)的外側(cè)裝有保護(hù)筒(8)，保護(hù)筒(8)的下側(cè)裝有兩個(gè)限位開關(guān)(7)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于所述水上超聲傳感器探頭(6A)位于水面和橫向?qū)к?3)之間，它暴露在空氣中。
4.如權(quán)利要3所述的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于所述超聲傳感器探頭(6，6A)由超聲波接收器和超聲波發(fā)生器組成。
5.如權(quán)利要求4所述的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于所述保護(hù)筒(8)為塑料筒。
6.如權(quán)利要求5所述的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于所述步進(jìn)電機(jī)(10)和激光測(cè)距儀(5)上分別裝有滑輪(11)，所述鋼索(12)繞過兩個(gè)滑輪(11)，所述測(cè)車(1)與鋼索(12)的一點(diǎn)或兩點(diǎn)相連。
7.如權(quán)利要求6所述的一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括沿著河道架設(shè)的縱向?qū)к?9)，橫向?qū)к?3)在縱向?qū)к?9)上行進(jìn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種測(cè)量三維空間的超聲波和激光系統(tǒng)，它包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、在所測(cè)量的河道上橫跨河道架設(shè)的橫向?qū)к?、在橫向?qū)к壍囊欢斯潭ǖ募す鉁y(cè)距儀、在橫向?qū)к壍牧硪欢斯潭ǖ牟竭M(jìn)電機(jī)和在橫向?qū)к壣匣瑒?dòng)的測(cè)車，步進(jìn)電機(jī)通過鋼索帶動(dòng)測(cè)車在橫向?qū)к壣蠙M向滑動(dòng)，測(cè)車上裝有一個(gè)可上下滑動(dòng)的超聲傳感器升降桿，超聲傳感器升降桿的一端浸入河水中，該端裝有水下超聲傳感器探頭，超聲傳感器升降桿的中部裝有水上超聲傳感器，水上和水下超聲傳感器探頭、步進(jìn)電機(jī)和激光測(cè)距儀分別與上述計(jì)算機(jī)相連，該系統(tǒng)利用超聲測(cè)距與激光測(cè)距各自的優(yōu)點(diǎn)，將兩者有機(jī)地結(jié)合在一起，極大地縮短了測(cè)量的時(shí)間，并且該系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于移動(dòng)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1731088SQ20051009049
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者曲兆松 申請(qǐng)人:曲兆松