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