一種干灘長度測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及干灘長度測量領域，具體的說是一種干灘長度測量裝置及其測量方 法。
【背景技術】
[0002] 在尾礦庫安全技術領域中，尾礦庫主要是通過尾礦壩攔截尾礦礦漿中的固體尾礦 和水，隨著礦漿中水的匯聚，固體尾礦由于受到水的沖擊而在尾礦壩的攔截面上形成沉積 體，沉積體的表層露出水面部分通常被稱為干灘；干灘的最高點位于干灘與尾礦壩外坡的 交匯處，此處通常被稱為灘頂；干灘的灘頂至尾礦庫內水邊邊面之間的水平距離通常被稱 為干灘長度。干灘長度是衡量尾礦庫是否安全運行的重要指標，如果超標可能引發(fā)庫內水 位漫頂、尾礦庫潰壩等安全事故，因此，必須對尾礦庫的干灘長度進行測量。
[0003] 目前，對尾礦庫的干灘長度進行測量的方法主要是光學圖像識別法和坡度推算 法。其中，光學圖像識別法受氣候條件和光線條件的影響十分嚴重，在大風揚沙、大霧、大 雨或者夜晚等能見度較低的情況下，攝像頭無法獲取到尾礦庫的清晰圖像，因此這種方法 此時的測量精度極低，甚至無法完成測量；如申請?zhí)枮?01010162210. 2的發(fā)明專利，公開 一種測量干灘坡度和長度的裝置和方法，是根據(jù)干灘頂部的高程和水位面高程以及干灘的 坡度，求出干灘的長度。而由于干灘灘面沉積過程不規(guī)則，實際的干灘面并不是一個平坦斜 面，該方法僅根據(jù)兩個測量點就確定干灘長度的方法，是基于干灘面為平坦斜面的前提的， 在干灘長度的非線性頻繁變化時，測量基準會發(fā)生較大變化，造成現(xiàn)有的測量精度低，且操 作不便，而且無法實現(xiàn)測量結果的實時自動化采集；由于尾礦所形成的干灘為松軟狀態(tài)，固 定在干灘頂部邊兩頭的兩根直桿會由于自身重量以及其上設置的激光器、光電器件的重量 而產生沉陷或傾斜，造成測量結果產生誤差；同時，由于干灘上尾礦的增加，直桿會被逐漸 埋沒而無法回收，需要階段性的重新埋設直桿，造成設備資源的浪費。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中，利用現(xiàn)有的測量裝置測量干灘長度時，易受氣 候和能見度的影響，測量裝置易受干灘灘面狀態(tài)影響，進而造成測量誤差大和設備資源浪 費的缺陷，提供一種干灘長度測量裝置及其測量方法。
[0005] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案為：一種干灘長度測量裝置，設有一個 由單片機作為主控元件的控制單元和一個機頭，機頭內置有用于測量干灘長度的激光發(fā)送 裝置和與其配套的激光接收裝置，該測量裝置還包括底座、調節(jié)支架、第一電機和第二電 機，調節(jié)支架的兩端均通過滑塊配合固定在底座兩側設置的滑軌內，第一電機的電機座鉸 接在調節(jié)支架上，第二電機通過螺旋傳動機構實現(xiàn)第一電機的電機座的俯仰運動，所述的 機頭與第一電機的驅動軸連接，且第一電機的驅動軸通過萬向聯(lián)軸器與用于測量機頭旋轉 位置信息的旋轉編碼器連接。
[0006] 為保證設備的使用壽命，在機頭上鉸接有對應于激光發(fā)送和接收路徑的開合門， 機頭內設有由控制單元控制的舵機，舵機通過舵機連桿與開合門連接。
[0007] 該測量裝置通過人工對調節(jié)支架位置的調整，實現(xiàn)第一電機的電機座的左右傾斜 位置調整。該測量裝置在測量過程的運動包括：（1)機頭通過硬連接器與第一電機的驅動 軸形成硬鏈接，第一電機的驅動軸轉動，機頭就同步轉動；（2)旋轉編碼器通過軟連接器也 與第一電機的驅動軸連接，第一電機的驅動軸轉動，旋轉編碼器就同步轉動；（3)第二電機 通過螺旋傳動機構為機頭的俯仰擺動提供動力，螺旋傳動機構由螺桿以及與螺桿螺紋連接 的螺母組成，螺母鉸接在調節(jié)支架上，所述的第二電機的驅動軸通過萬向聯(lián)軸器與螺桿的 一端連接，第二電機固定在第一電機的電機座上；（4)控制單元控制舵機，通過舵機拉桿實 現(xiàn)開合門的開閉運動，是由單片機完成控制算法，再將計算結果轉化為PWM信號輸出到舵 機，由于單片機是一個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù)，受外界干擾較小， 整個系統(tǒng)工作可靠。
[0008] 利用上述干灘長度測量裝置測量干灘長度的方法，包括以下步驟：步驟一、將上述 的干灘長度測量裝置固定在干灘外部山體上，在干灘灘頂上標定起始原點，通過調節(jié)支架、 第一電機和第二電機調節(jié)機頭的位置和角度，使其內置的激光發(fā)送裝置的發(fā)送路徑正對起 始原點，并測量該測量裝置與起始原點之間的直線距離，記錄為Di，單位為m; 步驟二、利用控制單元控制第一電機帶動機頭旋轉，使機頭中激光發(fā)送裝置發(fā)射的激 光從起始原點開始，對干灘灘頂?shù)剿嬷g的區(qū)域進行一次完整的掃描，掃描的同時記錄 激光經(jīng)過干灘面或水面時，返回至激光接收裝置中的漫反射光信號； 步驟三、控制單元的單片機根據(jù)激光接收裝置收集的漫反射光信號 的強弱和有無進行分析得出干灘面與水面的交界點，并根據(jù)旋轉編碼器 的測量結果得到機頭對應旋轉至交界點時的旋轉角度0，然后根據(jù)公式 f計算出交界點與測量裝置之間的距離D2，單位為m;其中，c表示激光在空氣中的傳 播速度，單位為m/s;t表示激光從激光發(fā)送裝置發(fā)出，到返回激光接收裝置所需的時間，單 位為s; 步驟四、根據(jù)公式：
【主權項】
1. 一種干灘長度測量裝置，設有一個由單片機作為主控元件的控制單元和一個內置有 用于測量干灘長度的激光發(fā)送裝置（10)以及激光接收裝置（11)的機頭（1)，其特征在于： 該測量裝置還包括底座（2)、調節(jié)支架（3)、第一電機（6)和第二電機（7)，調節(jié)支架（3)的兩 端均通過滑塊配合固定在底座兩側設置的滑軌內，第一電機（6 )的電機座（60 )鉸接在調節(jié) 支架（3 )上，第二電機（7 )通過螺旋傳動機構實現(xiàn)第一電機（6 )的電機座（60 )的俯仰運動， 所述的機頭（1)與第一電機（6)的驅動軸連接，且第一電機（6)的驅動軸通過萬向聯(lián)軸器與 用于測量機頭（1)旋轉角度信息的旋轉編碼器（12)連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種干灘長度測量裝置，其特征在于：所述的機頭（1)上鉸 接有對應于激光發(fā)送和接收路徑的開合門（13)，機頭（1)內設有由控制單元控制的舵機 (14 )，舵機（14 )通過舵機連桿（15 )與開合門（13 )連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種干灘長度測量裝置，其特征在于：所述的螺旋傳動機構 由螺桿（8)以及與螺桿（8)螺紋連接的螺母（9)組成，螺母（9)鉸接在調節(jié)支架（3)上，所 述的第二電機（7)的驅動軸通過萬向聯(lián)軸器與螺桿（8)的一端連接，第二電機（7)固定在第 一電機（6 )的電機座（60 )上。
4. 利用權利要求1所述的一種干灘長度測量裝置測量干灘長度的方法，其特征在于， 包括以下步驟： 步驟一、將所述的干灘長度測量裝置固定在干灘外部山體上，在干灘灘頂上標定起始 原點，通過調節(jié)支架（3)、第一電機（6)和第二電機（7)調節(jié)機頭（1)的位置和角度，使其激 光發(fā)送裝置（10)對準起始原點，并測量該測量裝置與起始原點之間的直線距離，記錄為D1, 單位為m; 步驟二、利用控制單元控制第一電機（6)帶動機頭（1)旋轉，使機頭（1)中激光發(fā)送裝 置（10)發(fā)射的激光從起始原點開始，對干灘灘頂?shù)剿嬷g的區(qū)域進行一次完整的掃描， 掃描的同時記錄激光經(jīng)過干灘面或水面時，返回至激光接收裝置（11)中的漫反射光信號； 步驟三、控制單元的單片機根據(jù)激光接收裝置（11)收集到的漫反射 光信號的強弱和有無進行分析得出干灘面與水面的交界點，并根據(jù)旋轉編 碼器的測量結果得到機頭旋轉至交界點時的旋轉角度0，然后根據(jù)公式
計算出交界點與測量裝置之間的距離D2，其中，c表示激光在空氣中的傳播速度，單 位為m/s;t表示激光從激光發(fā)送裝置（10)發(fā)出，到返回激光接收裝置所需的時間，單位為s；
直線距離D，即為干灘長度。
5. 如權利要求4所述的一種干灘長度的測量方法，其特征在于：在掃描干灘灘頂?shù)剿?面之間的區(qū)域的過程中，將記錄的漫反射光信號和旋轉編碼器測量結果與基于掃描時間的 時間戳信息相關聯(lián)，根據(jù)時間戳信息在記錄中找到機頭旋轉至交界點時的旋轉角度9。
【專利摘要】一種干灘長度測量裝置及其測量方法，該測量裝置設有一控制單元和一機頭，機頭內置有激光發(fā)送裝置和激光接收裝置，還包括底座、調節(jié)支架、第一電機和第二電機，調節(jié)支架的兩端均通過滑塊配合固定在底座兩側設置的滑軌內，第一電機的電機座鉸接在調節(jié)支架上，第二電機通過螺旋傳動機構實現(xiàn)第一電機的電機座的俯仰運動，機頭與第一電機的驅動軸連接，且第一電機的驅動軸通過萬向聯(lián)軸器與旋轉編碼器連接。本發(fā)明根據(jù)測量裝置與起始原點之間的距離、測量裝置與干灘面和水面交界點的距離、機頭對應旋轉至該交界點時的旋轉角度，計算出干灘長度，避免因干灘沉陷造成測量結果產生誤差和設備被埋沒的缺陷，能夠實現(xiàn)對干灘面的遠程測量，測量精度高。
【IPC分類】G01C3-28
【公開號】CN104713521
【申請?zhí)枴緾N201510156580
【發(fā)明人】劉有兵, 趙虎嘉, 蒲弘毅, 李小群
【申請人】洛陽飛輝虹科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月3日