激光成像雙路自動監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種激光成像雙路自動監(jiān)測儀，包括固定端和監(jiān)測端，固定端包括固定在外殼一內(nèi)電路板上的激光器組件和第一信號傳輸及控制器，監(jiān)測端包括固定在外殼二內(nèi)電路板上的靶標(biāo)、圖像處理器和第二信號傳輸及控制器，靶標(biāo)延激光光束延伸方向依次設(shè)置有濾光光幕、鏡頭、圖像傳感器；圖像傳感器位于鏡頭的光學(xué)焦點(diǎn)，在工作起始狀態(tài)，激光器組件的焦點(diǎn)與濾光光幕的零點(diǎn)對準(zhǔn)。本實(shí)用新型結(jié)合了激光成像和光電成像原理，借助激光投影因待測目標(biāo)的移動或形變帶動靶標(biāo)移動而發(fā)生偏離，通過光斑投影的相對位移計算待測目標(biāo)的撓度和位移，具有精度高、速度快、成本低等優(yōu)勢。
【專利說明】激光成像雙路自動監(jiān)測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于建筑檢測和監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種激光成像雙路自動監(jiān)測儀。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代路橋、建筑的檢測中，撓度和位移是兩個重要參數(shù)。在樓宇、橋梁、公路、山體改造等的驗(yàn)收和健康狀況評價等方面都需要準(zhǔn)確測量其靜、動態(tài)撓度值和位移值。目前，測量撓度主要采用水準(zhǔn)儀測量、全站儀測量、傾角儀測量和光電成像測量等方法。每種方法都存在一定優(yōu)勢和缺陷。隨著計算機(jī)等級的提高、數(shù)據(jù)采樣技術(shù)的進(jìn)步，以及建筑材料和工藝的不斷成熟，撓度和位移的監(jiān)測逐漸朝著集群式、大量程、自動化、長期在線動態(tài)測量的方向發(fā)展。而現(xiàn)有的測量技術(shù)尚不能滿足人們對大型目標(biāo)，甚至是特大型目標(biāo)安全評估的需要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決現(xiàn)有撓度測量方法及裝置不能滿足集群式、大量程、自動化、長期在線動態(tài)測量的需要，本實(shí)用新型旨在提供一種激光成像雙路自動監(jiān)測儀，能夠?qū)崿F(xiàn)撓度和位移長期的雙路實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，具有自動化、高精度和低成本等特點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種激光成像雙路自動監(jiān)測儀，包括固定端和監(jiān)測端，固定端包括固定在外殼一內(nèi)電路板上的激光器組件和第一信號傳輸及控制器，第一信號傳輸及控制器包括相連接的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊一，ARM處理器通過繼電器與激光器組件連接；監(jiān)測端包括固定在外殼二內(nèi)電路板上的祀標(biāo)、圖像處理器和第二信號傳輸及控制器，祀標(biāo)延激光光束延伸方向依次包括濾光光幕、鏡頭、圖像傳感器；圖像傳感器位于鏡頭的光學(xué)焦點(diǎn)，鏡頭與濾光光幕之間的距離與測量量程呈線性正比例相關(guān)；在工作起始狀態(tài)，激光器組件的焦點(diǎn)與濾光光幕的零點(diǎn)對準(zhǔn)；第二信號傳輸及控制器包括相連接的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊二，圖像處理器的輸入端與圖像傳感器相連，輸出端與第二信號傳輸及控制器的ARM處理器。
[0006]進(jìn)一步的，濾光光幕采用以測量量程為邊長的正方形有色有機(jī)玻璃，其顏色與激光光束顏色一致。
[0007]進(jìn)一步的，述圖像傳感器采用CMOS圖像傳感器，其分辨率為1024*768。
[0008]進(jìn)一步的，圖像處理器采用FPGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列，F(xiàn)PGA依次與第二信號傳輸及控制器的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊二連接，并固定在電路板上；信號轉(zhuǎn)換模塊二與所述第一信號傳輸及控制器的ARM處理器通過電纜連接。
[0009]進(jìn)一步的，激光器組件包括激光器座和多個激光器，激光器座呈中心對稱結(jié)構(gòu)，其對稱中心通過螺栓固定在外殼一上，其上均勻、對稱地設(shè)有安裝激光器的通孔，激光器一一對應(yīng)地內(nèi)嵌在通孔中，并通過電路連接到電路板上；第一信號傳輸及控制器內(nèi)并行設(shè)有多個繼電器，繼電器與激光器一一對應(yīng)連接。
[0010]進(jìn)一步的，激光器座采用方位俯仰可調(diào)的激光器座,其邊緣均勻、中心對稱地設(shè)有可伸縮的方位俯仰調(diào)節(jié)組件，其對稱中心的螺栓預(yù)置在彈簧內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步的，激光器與激光器座之間的接觸面上還均勻、對稱地設(shè)置有可伸縮的激光器預(yù)調(diào)組件。
[0012]進(jìn)一步的，激光器座呈十字形，在其四個突出部分別開有安裝激光器的通孔，激光器座的四個突出部分邊緣分別設(shè)有方位俯仰調(diào)節(jié)組件；每個通孔的側(cè)壁上均勻、對稱地設(shè)有激光器預(yù)調(diào)組件。
[0013]進(jìn)一步的，方位俯仰調(diào)節(jié)組件和激光器預(yù)調(diào)組件均由頂絲或螺栓構(gòu)成，激光器座的每個調(diào)節(jié)面至少配有兩個方位俯仰調(diào)節(jié)組件，每個激光器至少配有四個激光器預(yù)調(diào)組件。
[0014]進(jìn)一步的，固定端和監(jiān)測端均配有溫控裝置，溫控裝置包括溫度傳感器、電熱絲和風(fēng)扇，兩溫控裝置的溫度傳感器分別與第一信號傳輸及控制器的ARM處理器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器連接，兩溫控裝置的電熱絲和風(fēng)扇均通過繼電器與第一信號傳輸及控制器的ARM處理器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器連接，電熱絲與風(fēng)扇分別與繼電器對應(yīng)。
[0015]進(jìn)一步的，固定端內(nèi)溫控裝置的電熱絲開啟和關(guān)閉的臨界溫度為5°C，風(fēng)扇開啟和關(guān)閉的臨界溫度為30°C;監(jiān)測端內(nèi)溫控裝置的電熱絲開啟和關(guān)閉的臨界溫度為-10°C，風(fēng)扇開啟和關(guān)閉的臨界溫度為60°C。
[0016]本實(shí)用新型的激光成像雙路自動監(jiān)測儀結(jié)合了激光成像和光電成像原理，借助激光投影因待測目標(biāo)的移動或形變帶動靶標(biāo)移動而發(fā)生偏離，通過光斑投影的相對位移計算待測目標(biāo)的撓度和位移，具有精度高、速度快、成本低等優(yōu)勢。同時本實(shí)用新型采用濾光光幕濾除大量可見光及激光散光，降低激光光束的強(qiáng)度，延長圖像傳感器的使用壽命；通過多個激光器的自動切換延長整個監(jiān)測儀的工作壽命；同時配有方位俯仰可調(diào)的激光器座和激光器預(yù)調(diào)組件，能夠保證多個激光器進(jìn)行切換時其焦點(diǎn)始終與濾光光幕中心對準(zhǔn)，不因人工安裝時的誤差或待測點(diǎn)與固定點(diǎn)之間的距離而發(fā)生偏離。而且本實(shí)用新型無需采用成本高昂的高清攝像頭，只需普通的定焦廣角光學(xué)鏡頭即可，極大地降低了監(jiān)測儀的成本，便于大規(guī)模批量使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型中激光成像雙路自動監(jiān)測儀使用狀態(tài)的示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型中激光成像雙路自動監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型中激光成像雙路自動監(jiān)測儀的監(jiān)測端的信號傳遞流程圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型中激光成像雙路自動監(jiān)測儀的實(shí)施例中激光器座的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本實(shí)用新型中激光成像雙路自動監(jiān)測儀的實(shí)施例中激光器座的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中，1:橋壤；2:橋面；3:固定端；4:監(jiān)測端；5:激光光束；6:激光器座；7:通孔；8:方位俯仰調(diào)節(jié)組件；9:激光器預(yù)調(diào)組件。
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

【具體實(shí)施方式】
[0024]本實(shí)用新型提供一種激光成像雙路自動監(jiān)測儀，包括固定端3和監(jiān)測端4。在待測目標(biāo)撓度的動態(tài)測量中，由于靜態(tài)擾度對動態(tài)撓度產(chǎn)生的影響可以忽略不計，故假定待測目標(biāo)不產(chǎn)生靜態(tài)撓度。固定端3可以固定在待測目標(biāo)或周圍相對靜止的建筑物或構(gòu)筑物上，監(jiān)測端4固定在待測目標(biāo)產(chǎn)生撓度或位移的部位。例如，用于監(jiān)測山體靜態(tài)位移時，固定端3安裝在待測山體周圍相對靜止的高速公路或其他位置，監(jiān)測端4安裝在山坡上?？蛇M(jìn)行長期監(jiān)測預(yù)警山體滑坡。用于橋梁撓度和位移的動態(tài)監(jiān)測時，固定端3安裝在待測橋梁一端的橋墩I上，監(jiān)測端4安裝在待測橋梁兩端橋墩I之間橋面2的中點(diǎn)處，如圖1所示。在本實(shí)用新型中，具體的，固定端3包括固定在外殼一內(nèi)電路板上的激光器組件和第一信號傳輸及控制器，第一信號傳輸及控制器包括相連接的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊一，ARM處理器通過繼電器與激光器組件連接，信號轉(zhuǎn)換模塊一用于固定端與外部電流信號的傳輸。監(jiān)測端包括固定在外殼二內(nèi)電路板上的靶標(biāo)、圖像處理器和第二信號傳輸及控制器，靶標(biāo)延激光光束5延伸方向依次包括濾光光幕、鏡頭、圖像傳感器；圖像傳感器位于鏡頭的光學(xué)焦點(diǎn)，鏡頭與濾光光幕之間的距離與測量量程呈線性正比例相關(guān)。在工作起始狀態(tài)，激光器組件的焦點(diǎn)與濾光光幕的零點(diǎn)對準(zhǔn)。第二信號傳輸及控制器包括相連接的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊二，圖像處理器的輸入端與圖像傳感器相連，輸出端與第二信號傳輸及控制器的ARM處理器相連，信號轉(zhuǎn)換模塊二用于固定端與監(jiān)測端之間數(shù)字信號的傳輸。
[0025]其工作原理如圖2所示，第一信號傳輸及控制器中的ARM處理器通過繼電器控制激光器組件發(fā)射激光光束5,光束直射祀標(biāo)。祀標(biāo)內(nèi)首先由濾光光幕接收激光光束5,然后鏡頭將濾光光幕背面的光斑投影在圖像傳感器上，由圖像傳感器將圖像信息傳送給圖像處理器，圖像處理器經(jīng)過計算得到待測點(diǎn)的撓度值和位移值，發(fā)送給第二信號傳輸及控制器的ARM處理器進(jìn)行編碼，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后由信號轉(zhuǎn)換模塊二發(fā)送給第一信號傳輸及控制器的ARM處理器。初始狀態(tài)時，待測點(diǎn)不發(fā)生形變和移動，激光光束5的焦點(diǎn)對準(zhǔn)濾光光幕的中心原點(diǎn)，光斑的投影位置為零點(diǎn)。當(dāng)待測點(diǎn)發(fā)生形變或移動時，靶標(biāo)也隨之移動。由于光源固定，光斑的投影具有了一定量的相對位移。圖像處理器根據(jù)光斑的相對位移即可計算出待測點(diǎn)的撓度值和位移值。
[0026]激光成像雙路自動監(jiān)測儀基于激光定向發(fā)光，亮度極高，發(fā)散衰減小等多方面優(yōu)點(diǎn)，利用激光作為光源，實(shí)現(xiàn)了全天候、惡劣天氣(霧霾、大霧)長期不間斷工作的設(shè)計需求。同時利用光電成像原理，將光斑通過光學(xué)鏡頭投影在圖像傳感器上，可同時監(jiān)測撓度和位移的變化，測量精度高，達(dá)到0.1mm;且復(fù)雜程度低，易于實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型中對激光器組件并沒有過多要求，可以直接采用低成本的激光器使用。
[0027]考慮到激光光束5光強(qiáng)較大，直接照射會嚴(yán)重影響圖像傳感器的壽命；而且低成本激光器所產(chǎn)生的光束在經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸后發(fā)生散射，光束到達(dá)靶標(biāo)時形成的光斑較大，不利于圖像處理。同時，可見光也會對圖像的處理帶來不必要的麻煩。為了兼顧低成本、長壽命，同時保證高精度，本實(shí)用新型在靶標(biāo)中增加了濾光光幕，一方面可以濾除大量可能干擾圖像處理的可見光和激光散光，降低激光光束5的強(qiáng)度來延長圖像傳感器的使用壽命，另一方面將激光光束5投影在濾光光幕背面，經(jīng)由鏡頭再將光斑投影在圖像傳感器上，形成圖像數(shù)據(jù)。
[0028]鏡頭與濾光光幕之間的距離與測量量程呈線性正比例相關(guān)。由于鏡頭與濾光光幕之間的距離較近，通常只有10-15mm，無需使用攝像頭遠(yuǎn)距離觀察靶標(biāo)，故采用普通的定焦廣角光學(xué)鏡頭即可滿足需求，無需使用成本高昂的高清攝像頭，極大地降低了生產(chǎn)成本，可實(shí)現(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用。
[0029]濾光光幕采用以撓度測量量程為邊長的正方形有色有機(jī)玻璃，保證在量程范圍內(nèi)激光光束5均能投影在IE標(biāo)上,而不至落在IE標(biāo)外。濾光光幕的顏色與激光光束5顏色一致，最大限度地減小激光的光衰減。
[0030]圖像傳感器可采用CXD或CMOS圖像傳感器，優(yōu)選為CMOS圖像傳感器。與CXD相t匕，CMOS具有體積小，耗電量不到CXD的1/10，成本也比CXD便宜等優(yōu)點(diǎn)。CMOS圖像傳感器的分辨率為X*Y，常見的有640*480,800*600，1024*768等幾種規(guī)格。CMOS圖像傳感器通常為矩形，而一般情況下待測目標(biāo)的撓度要比位移大得多。為了使量程與精度最優(yōu)化，我們將CMOS圖像傳感器的X軸數(shù)據(jù)作為測量結(jié)果的Y軸即撓度值Ydrf，Y軸數(shù)據(jù)作為測量結(jié)果的X軸即位移值Xdis。本實(shí)用新型的設(shè)計測量精度Z為0.1mm,而滿足設(shè)計測量精度Z的量程由CMOS圖像傳感器的分辨率X和Y決定。
[0031]例如，采用CMOS圖像傳感器的分辨率為640*480，即
[0032]X = 640 ；1.1
[0033]Y = 480 ；1.2
[0034]Z = 0.1mm ;1.3
[0035]則接度量程與位移量程如下:
[0036]Yran = X*Z = 64mm ;1.4
[0037]Xran = Y*Z = 48mm ;1.5
[0038]因此，選擇合適的CMOS圖像傳感器就可以滿足所需精度Z及量程Ydrf和Xdis的需求。激光成像雙路自動監(jiān)測儀采用的CMOS圖像傳感器的分辨率為1024*768，則本實(shí)用新型的撓度量程與位移量程具體為:
[0039]Yran = X*Z = 1024*0.1 = 102.4mm ;1.6
[0040]Xran = Y*Z = 768*0.1 = 76.8mm。1.7
[0041]除去安裝誤差和長期使用的形變誤差，實(shí)際撓度值和位移值的量程為80*60mm。
[0042]為實(shí)現(xiàn)高速與高精度的要求，圖像處理器可以采用DSP數(shù)字信號處理器或FPGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列用于撓度值和位移值的計算，優(yōu)選采用FPGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列。相比DSP，F(xiàn)PGA可進(jìn)行全并行運(yùn)算，運(yùn)算速度非?？?，且可以自由現(xiàn)場配置，靈活性高。FPGA依次與第二信號傳輸及控制器的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊二連接，并固定在電路板上。信號轉(zhuǎn)換模塊二與所述第一信號傳輸及控制器的ARM處理器通過電纜連接。
[0043]如圖3所示，利用CMOS圖像傳感器的直接數(shù)字輸出的特點(diǎn)，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列對CMOS圖像傳感器輸出的數(shù)字圖像信號進(jìn)行光點(diǎn)跟蹤處理，得到光點(diǎn)在濾光光幕上的位移數(shù)據(jù)，然后利用RS-232信號傳輸給第二信號傳輸及控制器的ARM處理器，ARM處理器把輸入的位移數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼處理后利用RS-232信號傳輸給信號轉(zhuǎn)換模塊二，然后將RS-232信號轉(zhuǎn)化為RS-422信號進(jìn)行輸出。
[0044]RS-232信號是個人計算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(ElectronicIndustries Associat1n, EIA)所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口，由于時序簡單、總線占用少、實(shí)現(xiàn)容易，被廣泛應(yīng)用與短距離數(shù)據(jù)傳輸。RS-232信號由于抗干擾能力弱無法進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸(10米就有較高的誤碼率)，由于靶標(biāo)和激光器有一定的距離(一般在15米以上)，所以將RS-232信號轉(zhuǎn)化為抗干擾能力強(qiáng)的RS-422信號進(jìn)行傳輸。
[0045]激光成像雙路自動監(jiān)測儀內(nèi)部為全數(shù)字系統(tǒng)，各個模塊之間數(shù)據(jù)通信使用數(shù)字信號傳輸，第二信號傳輸及控制器的ARM處理器將接收到的擾度值和位移值的RS-422信號經(jīng)過編碼后發(fā)給信號轉(zhuǎn)換模塊一，由信號轉(zhuǎn)換模塊一將RS-422信號轉(zhuǎn)換為2路4-20mA電流信號輸出。該信號為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制模擬電流信號。考慮到4-20mA電流信號屬于傳統(tǒng)信號，其兼容性強(qiáng)，模擬信號使用總線少，節(jié)約系統(tǒng)總線資源，電流信號抗干擾能力強(qiáng)，可以進(jìn)行穩(wěn)定遠(yuǎn)距離信號傳輸，極大地方便了系統(tǒng)接入和信號抗噪。
[0046]圖像處理器采用高速圖像跟蹤算法，利用FPGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列的高速并行特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像信號的高速處理。具體過程如下:
[0047]在CMOS圖像傳感器捕獲的圖像中，光斑所在像素點(diǎn)光強(qiáng)較大，其他部分光強(qiáng)較弱?？紤]到激光器隨使用時間的增加，光強(qiáng)度會逐漸減弱。故通過大量實(shí)驗(yàn)確定光強(qiáng)捕獲門限D(zhuǎn)，即可以滿足穩(wěn)定捕獲光斑的最小光強(qiáng)值，同時記錄所有光強(qiáng)大于D的像素點(diǎn)xn、yn，并記錄像素點(diǎn)的個數(shù)η。則光斑中心像素點(diǎn)tc、ic的坐標(biāo)為:
[0048]Xc=Iiill ；1.8

η
[0049]^c=Iipi ；1.9
[0050]則撓度值Ydrf與位移值Xdis計算公式如下:
[0051]Ydef = xc*Z ；1.10
[0052]Xdis = yc*Z1.11
[0053]根據(jù)式1.10和1.11可以計算出監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時撓度值和位移值。
[0054]CMOS圖像傳感器幀數(shù)的最高配置為60幀，即圖像信息的最大更新率為60Hz。在CMOS圖像傳感器初始化時對其幀數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時配合FPGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列的高速并行數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢，以此來保證圖像處理結(jié)果的快速更新，更新速度高于20Hz，為不間斷動態(tài)實(shí)時監(jiān)測提供技術(shù)保障。
[0055]利用激光器做為光源進(jìn)行測量誠然會帶來精度高，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是低成本激光器工作壽命短(8000小時左右)，工作溫度范圍小(_10°C -+40°C )也成為它的致命缺陷。為了解決這一矛盾，達(dá)到長時間不間斷自動監(jiān)測的目的，激光成像雙路自動監(jiān)測儀的激光器組件包括激光器座6和多個激光器，激光器座6呈中心對稱結(jié)構(gòu)，其對稱中心通過螺栓固定在外殼一上，其上均勻、對稱地設(shè)有安裝激光器的通孔7，激光器一一對應(yīng)地內(nèi)嵌在通孔7中，并通過電路連接到電路板上。第一信號傳輸及控制器內(nèi)并行設(shè)有多個繼電器，繼電器與激光器一一對應(yīng)連接。
[0056]激光器座6采用中心對稱結(jié)構(gòu)便于一次加工成型，且中心對稱的整體結(jié)構(gòu)其內(nèi)部密度較均勻，能夠有效降低結(jié)構(gòu)本身的熱收縮系數(shù)，保證了結(jié)構(gòu)具有較好的熱收縮性，防止由于溫度變化帶來的測量量程損失。
[0057]正常工作狀態(tài)下，同一時間內(nèi)僅有一個激光器工作，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列根據(jù)光強(qiáng)捕獲門限D(zhuǎn)選擇有效像素點(diǎn)的同時,將全部光斑的光強(qiáng)信息隨撓度值和位移值一同傳遞給第二信號傳輸及控制器的ARM處理器，并通過信號轉(zhuǎn)換模塊二將光強(qiáng)信息和計算結(jié)果一并傳遞給第一信號傳輸和控制器的ARM處理器。第一信號傳輸和控制器的ARM處理器將其接收的光強(qiáng)信息與光強(qiáng)捕獲門限D(zhuǎn)進(jìn)行比對，判斷當(dāng)前工作激光器的健康狀況。當(dāng)接收的光強(qiáng)信息小于或等于光強(qiáng)捕獲門限D(zhuǎn)時，判斷當(dāng)前工作的激光器壽命已完結(jié)，遂通過繼電器進(jìn)行激光器的切換。
[0058]激光成像雙路自動監(jiān)測儀對激光器壽命的監(jiān)測和激光器的自動切換功能，使監(jiān)測儀長期在線不間斷動態(tài)監(jiān)測得以實(shí)現(xiàn)。激光器的個數(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求來確定。
[0059]在不同應(yīng)用場景中，監(jiān)測端4與固定端3之間的距離也會有所差異，而激光器組件出廠時其方位和俯仰角度都是固定的。因此多數(shù)情況下，激光器組件的焦點(diǎn)不能對準(zhǔn)靶標(biāo)的中心原點(diǎn)，或多個激光器不能同時對準(zhǔn)靶標(biāo)的中心原點(diǎn)。
[0060]為了解決這一問題，同時避免由于人工安裝導(dǎo)致的激光焦點(diǎn)與靶標(biāo)中心原點(diǎn)的對準(zhǔn)誤差，本實(shí)用新型的激光器座6采用方位俯仰可調(diào)的激光器座6，其邊緣均勻、中心對稱地設(shè)有可伸縮的方位俯仰調(diào)節(jié)組件8，其對稱中心的螺栓預(yù)置在彈簧內(nèi)。同時，激光器與激光器座6之間的接觸面上也均勻、對稱地設(shè)置有可伸縮的激光器預(yù)調(diào)組件9。
[0061]激光器座6上的方位俯仰調(diào)節(jié)組件8能夠調(diào)節(jié)激光器座6本身的方位和俯仰角度，并通過預(yù)置在彈簧內(nèi)的螺栓進(jìn)行固定鎖緊。激光器與激光器座6之間的激光器預(yù)調(diào)組件9可以調(diào)節(jié)單個激光器的方位和俯仰角度，保證每個激光器的光束能夠聚焦到同一焦點(diǎn)，且該焦點(diǎn)與祀標(biāo)的中心原點(diǎn)對準(zhǔn)。
[0062]在一個具體實(shí)施例中，激光器座6呈十字形，如圖4所示，在其四個突出部分別開有安裝激光器的通孔7，激光器座6的四個突出部分邊緣分別設(shè)有方位俯仰調(diào)節(jié)組件8，每個通孔7的側(cè)壁上均勻、對稱地設(shè)有激光器預(yù)調(diào)組件9。該實(shí)施例在一定程度上縮小了激光器組件所占空間，易于其固定在電路板上與第一信號傳輸和控制器連接。該實(shí)施例中安裝有四個激光器，能夠保證監(jiān)測儀至少5年不間斷工作。
[0063]在另一個實(shí)施例中，激光器座6呈圓形，如圖5所示，其上靠近邊緣處均勻、對稱地開有安裝激光器的通孔7，激光器座6的邊緣均勻、對稱地設(shè)有可伸縮的方位俯仰調(diào)節(jié)組件8，每個通孔7的側(cè)壁上均勻、對稱地設(shè)有激光器預(yù)調(diào)組件9。在該實(shí)施例中安裝有不少于四個激光器。
[0064]在一個具體實(shí)施例中，方位俯仰調(diào)節(jié)組件8和激光器預(yù)調(diào)組件9均由頂絲或螺栓構(gòu)成，激光器座6的每個調(diào)節(jié)面至少配有兩個方位俯仰調(diào)節(jié)組件8，每個激光器至少配有四個激光器預(yù)調(diào)組件9。通過調(diào)節(jié)頂絲或螺栓來選擇合適的方位和俯仰角度，確定后由預(yù)置在彈簧內(nèi)的螺栓鎖死，防止由于振動和長時間老化產(chǎn)生的誤差。該結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)精度較高，誤差可以控制在0.5_以內(nèi)。另外，由于該結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)引起的量程損失可以忽略不計。
[0065]為了降低成本，激光成像雙路自動監(jiān)測儀采用了工作溫度范圍較小的低成本CMOS圖像傳感器和低成本激光器，CMOS圖像傳感器的工作溫度范圍為:-20°C?70°C，激光器的工作溫度范圍為:-10°C?40°C，而激光成像雙路自動監(jiān)測儀的實(shí)際工作環(huán)境的溫度范圍為:-40°C?85°C。因此，本實(shí)用新型的固定端3和監(jiān)測端4均配有溫控裝置。該溫控裝置包括溫度傳感器、電熱絲和風(fēng)扇，兩溫控裝置的溫度傳感器分別與第一信號傳輸及控制器的ARM處理器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器連接，兩溫控裝置的電熱絲和風(fēng)扇均通過繼電器與第一信號傳輸及控制器的ARM處理器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器連接，電熱絲與風(fēng)扇分別與繼電器--對應(yīng)，每個電熱絲和風(fēng)扇均配有一個獨(dú)立的繼電器。
[0066]具體的，固定端3內(nèi)溫控裝置的電熱絲開啟和關(guān)閉的臨界溫度為5°C，風(fēng)扇開啟和關(guān)閉的臨界溫度為30°C。當(dāng)固定端3內(nèi)溫度低于5°C時，ARM處理器通過繼電器開啟電熱絲，高于30°C時，ARM處理器通過繼電器開啟風(fēng)扇。監(jiān)測端4內(nèi)溫控裝置的電熱絲開啟和關(guān)閉的臨界溫度為-10°C，風(fēng)扇開啟和關(guān)閉的臨界溫度為60°C。同理，當(dāng)監(jiān)測端4內(nèi)溫度低于-10°C時，開啟電熱絲，高于60°C時，開啟風(fēng)扇。
[0067]由于ARM處理器內(nèi)自帶有溫度傳感器，可以實(shí)時監(jiān)控固定端3和監(jiān)測端4的內(nèi)部溫度。第一信號傳輸及控制器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器利用溫度傳感器所采集的溫度數(shù)據(jù)分別控制風(fēng)扇和電熱絲進(jìn)行散熱和加溫，從而保證CMOS圖像傳感器和激光器的工作壽命和穩(wěn)定度。溫控裝置的配備對激光成像雙路自動監(jiān)測儀的穩(wěn)定性、長壽命、工作環(huán)境范圍、低成本給予了有力的保證，有效的解決了成本與性能之間的矛盾。
[0068]另外，激光成像雙路自動監(jiān)測儀使用的為外部電源，但由于激光器所需電源為3V，靶標(biāo)的輸入電壓為12V，而外部接入系統(tǒng)的電源為24V，圖像處理器的FPGA需要3.3V、2.5V、
1.2V，ARM處理器需要3.3V，CMO S圖像傳感器需要3.3V，因此固定端3和監(jiān)測端4內(nèi)的電路板上還設(shè)計了多個電壓轉(zhuǎn)化電路，滿足各元件的電壓需要。
[0069]綜上所述，本實(shí)用新型的激光成像雙路自動監(jiān)測儀只需24V電源輸入即可輸出撓度和位移數(shù)據(jù)，操作簡單；模擬電流量輸出，增強(qiáng)抗干擾能力，降低組網(wǎng)復(fù)雜度。監(jiān)測儀內(nèi)部由固定端3和監(jiān)測端4兩個部分組成，結(jié)構(gòu)簡單安裝方便。
【權(quán)利要求】
1.一種激光成像雙路自動監(jiān)測儀，包括固定端和監(jiān)測端，其特征在于，所述固定端包括固定在外殼一內(nèi)電路板上的激光器組件和第一信號傳輸及控制器，所述第一信號傳輸及控制器包括相連接的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊一，所述ARM處理器通過繼電器與激光器組件連接；所述監(jiān)測端包括固定在外殼二內(nèi)電路板上的靶標(biāo)、圖像處理器和第二信號傳輸及控制器，所述靶標(biāo)延激光光束延伸方向依次包括濾光光幕、鏡頭、圖像傳感器；所述圖像傳感器位于鏡頭的光學(xué)焦點(diǎn)，所述鏡頭與濾光光幕之間的距離與測量量程呈線性正比例相關(guān)；在工作起始狀態(tài)，所述激光器組件的焦點(diǎn)與濾光光幕的零點(diǎn)對準(zhǔn)；所述第二信號傳輸及控制器包括相連接的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊二，所述圖像處理器的輸入端與圖像傳感器相連，輸出端與第二信號傳輸及控制器的ARM處理器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述濾光光幕采用以撓度測量量程為邊長的正方形有色有機(jī)玻璃，其顏色與激光光束顏色一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述圖像傳感器采用CMOS圖像傳感器，其分辨率為1024*768。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述圖像處理器采用FPGA現(xiàn)場可編程邏輯門整列，所述FPGA依次與第二信號傳輸及控制器的ARM處理器和信號轉(zhuǎn)換模塊二連接，并固定在電路板上；所述信號轉(zhuǎn)換模塊二與所述第一信號傳輸及控制器的ARM處理器通過電纜連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述激光器組件包括激光器座和多個激光器，所述激光器座呈中心對稱結(jié)構(gòu)，其對稱中心通過螺栓固定在外殼一上，其上均勻、對稱地設(shè)有安裝激光器的通孔，所述激光器一一對應(yīng)地內(nèi)嵌在通孔中，并通過電路連接到電路板上；所述第一信號傳輸及控制器內(nèi)并行設(shè)有多個繼電器，繼電器與激光器 對應(yīng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述激光器座采用方位俯仰可調(diào)的激光器座，其邊緣均勻、中心對稱地設(shè)有可伸縮的方位俯仰調(diào)節(jié)組件，其對稱中心的螺栓預(yù)置在彈簧內(nèi)；所述激光器與激光器座之間的接觸面上還均勻、對稱地設(shè)置有可伸縮的激光器預(yù)調(diào)組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述激光器座呈十字形，在其四個突出部分別開有安裝激光器的通孔，所述激光器座的四個突出部分邊緣分別設(shè)有方位俯仰調(diào)節(jié)組件，所述激光器座上每個通孔的側(cè)壁上均勻、對稱地設(shè)有激光器預(yù)調(diào)組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述方位俯仰調(diào)節(jié)組件和激光器預(yù)調(diào)組件均由頂絲或螺栓構(gòu)成，激光器座的每個調(diào)節(jié)面至少配有兩個方位俯仰調(diào)節(jié)組件，每個激光器至少配有四個激光器預(yù)調(diào)組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8任一所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述固定端和監(jiān)測端均配有溫控裝置，所述溫控裝置包括溫度傳感器、電熱絲和風(fēng)扇，所述兩溫控裝置的溫度傳感器分別與第一信號傳輸及控制器的ARM處理器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器連接，所述兩溫控裝置的電熱絲和風(fēng)扇均通過繼電器與第一信號傳輸及控制器的ARM處理器和第二信號傳輸及控制器的ARM處理器連接，所述電熱絲、風(fēng)扇分別與繼電器--對應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光成像雙路自動監(jiān)測儀，其特征在于，所述固定端內(nèi)溫控裝置的電熱絲開啟和關(guān)閉的臨界溫度為5°C，風(fēng)扇開啟和關(guān)閉的臨界溫度為30°C ;所述監(jiān)測端內(nèi)溫控裝置的電熱絲開啟和關(guān)閉的臨界溫度為-10°C，風(fēng)扇開啟和關(guān)閉的臨界溫度為60。。。
【文檔編號】G01B11/16GK204101005SQ201420472707
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】王恒, 韓磊, 劉彥明, 王波, 李亮 申請人:西安星展測控科技股份有限公司