專利名稱：一種真空激光壩變形測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)、光電檢測和幾何位置測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用真空管道中的激光束對微小位移進(jìn)行測量，特別涉及到可減小真空激光壩變形測量系統(tǒng)的真空管道直徑的測量方法。
背景技術(shù)：
由于激光在真空中傳播時，可以避免由于大氣湍流和空氣溫度梯度及壓力梯度帶來的影響，是一條理想直線，因而在工程中被用于實(shí)現(xiàn)高精度變形測量。真空激光壩變形測量系統(tǒng)就是一種典型應(yīng)用，用于對水壩壩體的水平滑移和垂直沉降進(jìn)行高精度監(jiān)測，與其他類型的監(jiān)測裝置相比，具有測量精度高，長期可靠性和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。
目前實(shí)際應(yīng)用的真空激光壩變形測量系統(tǒng)如圖1所示，由真空管道1、激光光源2、波帶板3、測點(diǎn)基座5和激光接收器4組成。激光光源2、波帶板3和激光接收器4被安裝在一條直線上，兩端是激光光源2和激光接收器4，中間是波帶板3。激光從激光光源2出發(fā)經(jīng)過波帶板3到達(dá)激光接收器4，由于波帶板3的成像作用，會在激光接收器4上形成一個激光光點(diǎn)，在理想的條件下，激光光源2的中心a、波帶板3的中心b和激光接收器4上激光光點(diǎn)的中心c是在一條直線上。如果激光光源2和激光接收器4被安置在兩個基準(zhǔn)點(diǎn)上固定不動，則波帶板3的移動將導(dǎo)致激光接收器4上光點(diǎn)的移動，通過測量激光接收器上激光光點(diǎn)的位移量Δy，就可以計算出波帶板3的位移量Δy1。
為測量被測物體的位移，將波帶板3通過測點(diǎn)基座5直接固定在被測物體上，借助測量波帶板3的位移來測量被測物體的位移。
為實(shí)現(xiàn)高精度測量，避免大氣擾動和溫度梯度導(dǎo)致的光線彎曲的影響，必須采用真空管道1將整個激光光路與大氣隔離，確保激光束在理想的條件下傳播。
在上述系統(tǒng)中，當(dāng)激光光源2和激光接收器4之間距離L較大，而激光光源2和波帶板3之間距離L1較小時，由于光學(xué)放大作用，波帶板3數(shù)十毫米的位移量Δy1，根據(jù)三角關(guān)系(Δy/Δy1＝L/L1)會導(dǎo)致激光接收器4上的光點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)百毫米位移量Δy，因而要求在接收端真空管道的直徑必須足夠大，以提供必要的光路。因此在現(xiàn)有系統(tǒng)中，真空管道1被設(shè)計成在激光光源2端直徑較小，而在激光接收器4端直徑(Dmax)較大，近似錐形的形式，如圖1所示。例如設(shè)在豐滿電站的真空激光壩變形測量裝置，其真空管道長約1千米，在靠近激光光源端管道直徑不到200毫米，而在接收端管道直徑就達(dá)到約500毫米。
由于現(xiàn)有系統(tǒng)真空管道直徑較大，不但使系統(tǒng)造價很高，而且由于整個真空管道容積較大，對抽真空系統(tǒng)以及管道的安裝和密封的要求也大大提高，對于超長壩現(xiàn)有方法甚至難以實(shí)施，因此，能否減小真空管道直徑，是真空激光壩變形測量系統(tǒng)能否得以推廣使用的關(guān)鍵因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的真空激光壩變形測量方法，可以使用較細(xì)管徑的真空管道，以解決真空管道直徑較大、造價過高的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過改進(jìn)現(xiàn)有的真空激光壩變形測量裝置及方法，在波帶板、測點(diǎn)基座之間設(shè)置一個二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，并改變原來的偏差測量法為微差測量方法實(shí)現(xiàn)的，可以解決現(xiàn)有的測量方法中真空管道直徑較大、造價過高的問題。
如圖2所示，在現(xiàn)有測量方法的基礎(chǔ)上，在波帶板3和測點(diǎn)基座5之間，設(shè)置一個二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6，使波帶板3與測點(diǎn)基座5之間的相對位置在垂直于激光束方向的二維平面內(nèi)能夠進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)測點(diǎn)基座5發(fā)生位移時，會帶動波帶板3移動，并使激光接收器4上的光點(diǎn)c移動Δy，激光接收器4在檢測到光點(diǎn)c移動Δy后將檢測結(jié)果反饋到二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6，由二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6控制波帶板3和測點(diǎn)基座5之間的相對位置，直到激光接收器4上的光點(diǎn)c回到激光接收器4的中心位置，這時根據(jù)二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6的位移量就可以得到被測物體的位移量Δy1，這就是零位式測量法，也可以由二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6調(diào)整波帶板3和測點(diǎn)基座5之間的相對位置，直到激光接收器4上的激光光點(diǎn)c在激光接收器4的中心附近得到Δy，這時根據(jù)二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6的位移量和Δy共同計算，就可以得到被測物體的位移量Δy1，這就是微差式測量法。
在上述改進(jìn)的方法中，測量方法從現(xiàn)有的利用激光接收器4直接測量激光接收器4上光點(diǎn)c的位移量的偏差式測量法，改為利用激光接收器4進(jìn)行零位判斷，用二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6控制波帶板相對測點(diǎn)基座5進(jìn)行位移補(bǔ)償?shù)牧阄皇綔y量法或微差式測量法。
本發(fā)明的效果和益處是由于激光接收器4上的光點(diǎn)c位置始終處于激光接收器4的中心附近，因此，可以大大減小真空管道在接收端的直徑，同時也減小了對激光接收器4的接收范圍的要求，于是就達(dá)到了減小真空管道直徑，降低系統(tǒng)造價，減小施工難度的目的。


圖1是現(xiàn)有真空激光壩變形測量方法示意圖。
圖中1真空管道，2激光光源，3波帶板，4激光接收器，5測點(diǎn)基座，a是激光光源中心位置，b是波帶板3中心的位置，Δy1是測點(diǎn)基座5位移量，Δy1也是波帶板4中心到激光光源1中心與激光接收器4中心連線形成的軸線的距離，c是激光束在激光接收器4形成的激光光點(diǎn)中心的位置，Δy是從c到激光接收器4中心的距離，L是激光光源1到激光接收器4的距離，L1是激光光源1到波帶板3的距離，Dmax是最大真空管道直徑。
圖2是本發(fā)明提供的真空激光壩變形測量方法示意圖。
圖中1真空管道，2激光光源，3波帶板，4激光接收器，5測點(diǎn)基座，6二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，a是激光光源中心位置，b是波帶板3中心的位置，Δy1是測點(diǎn)基座5的位移量，c是激光束在激光接收器4形成的激光光點(diǎn)中心的位置，Δy是從c到激光接收器4中心的距離，L是激光光源1到激光接收器4的距離，L1是激光光源1到波帶板3的距離，Dmax是最大真空管道直徑。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
本實(shí)施例將對采用本方法前后的真空激光壩變形測量系統(tǒng)進(jìn)行對照說明。
某真空激光壩變形測量系統(tǒng)在采用本方法前，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由真空管道1、激光光源2、波帶板3、激光接收器4和測點(diǎn)基座5組成。激光光源2與激光接收器4相距1000米，測點(diǎn)基座5到激光光源2的距離為100米，波帶板3與測點(diǎn)基座5固定在一起，激光發(fā)射端附近的真空管道直徑為159毫米。當(dāng)該測點(diǎn)垂直激光軸線變形量為20毫米時，由三角關(guān)系，光點(diǎn)c會產(chǎn)生的平移量Δy為20×1000/100＝200毫米，此時，如果，要求接收端的真空管道直徑至少400毫米，同時要求激光接收器4的接收范圍也要達(dá)到400毫米，否則激光無法達(dá)到激光接收器4。
在采用本方法后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，此時，系統(tǒng)由真空管道1、激光光源2、波帶板3、激光接收器4、測點(diǎn)基座5和二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6組成。激光光源2與激光接收器4相距1000米，測點(diǎn)基座5到激光光源2的距離為100米，波帶板3和測點(diǎn)基座5之間由二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6連接，激光發(fā)射端附近的真空管道直徑為159毫米。測點(diǎn)基座5發(fā)生垂直激光軸線的位移20毫米，帶動波帶板3移動20毫米，并使激光接收器4上的光點(diǎn)c移動Δy為200毫米，采用微差式測量法，激光接收器4在檢測到光點(diǎn)c移動后將檢測結(jié)果反饋到二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6，由二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6調(diào)整波帶板3和測點(diǎn)基座5之間的相對位置，直到激光接收器4上的光點(diǎn)c在激光接收器4的中心附近約10毫米內(nèi)，檢測得到Δy為10毫米，這時根據(jù)二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6的位移量19毫米和Δy共同計算，就可以得到被測點(diǎn)的位移量Δy1＝19+10×100/1000＝20毫米。由于可控制光點(diǎn)c在半徑10毫米左右的范圍內(nèi)，所以接收端附近的真空管道可與發(fā)射端的真空管道直徑159毫米相同，而且激光接收器4的接收范圍僅需要50毫米，就可以滿足要求。從而大大降低工程造價和施工難度。
權(quán)利要求
1.一種真空激光壩變形測量方法，該方法是在由真空管道(1)、激光光源(2)、波帶板(3)、激光接收器(4)、測點(diǎn)基座(5)組成的真空激光壩變形測量裝置上設(shè)置了二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)實(shí)現(xiàn)的，其特征在于a)在波帶板(3)和測點(diǎn)基座(5)之間由二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)相連；b)波帶板(3)和測點(diǎn)基座(5)之間的相對位置可以由二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)控制在垂直于基準(zhǔn)線的二維平面內(nèi)位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空激光壩變形測量方法，其特征在于二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)控制波帶板(3)相對于測點(diǎn)基座(5)移動，控制激光接收器(4)的激光光點(diǎn)c的位置在激光接收器(4)的接收范圍內(nèi)。
全文摘要
一種真空激光壩變形測量方法，屬于光學(xué)、光電檢測和幾何位置測量技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于在測點(diǎn)基座和波帶板之間設(shè)置了一個二維位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，在測量時，通過這個機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)波帶板相對于測點(diǎn)基座的位置，使到達(dá)激光接收器的激光光點(diǎn)位于激光接收器的中心附近，根據(jù)波帶板相對于測點(diǎn)基座的位移量和光點(diǎn)在激光接收器上的偏移量，可以計算出測點(diǎn)的位移。本發(fā)明的效果和益處是由于測量時光點(diǎn)始終在激光接收裝置的中心附近，因此，可以大大減小真空管道在接收端的直徑，同時也減小了對激光接收器的接收范圍的要求，從而達(dá)到減小真空管道直徑，降低系統(tǒng)造價，減小施工難度的目的。
文檔編號G01B11/00GK1546942SQ20031010523
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者賴康生, 王曉旭, 許青, 賴建生 申請人:大連理工大學(xué)