[實用新型]直接投射式光電撓度位移測量裝置

無效

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• 申請日: 2001-07-07
• 公開（公告）號: CN2532475Y
• 公開（公告）日: 2003-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱永;陳偉民;黃尚廉;符欲梅
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 重慶創(chuàng)新專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張先蕓

本實用新型涉及橋梁等建筑結(jié)構(gòu)和大型機械結(jié)構(gòu)在自重或載荷作用下發(fā)生撓曲等變形的測量裝置，具體涉及一種直接投射式光電撓度位移測量裝置。

橋梁等建筑結(jié)構(gòu)在自重、荷載作用下的垂向與橫向變形(即撓度與位移)，能直接反映結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、承載能力、健康情況，因而在橋梁的設(shè)計、施工質(zhì)量控制、竣工驗收、剩余壽命評估等各環(huán)節(jié)中，對其撓度等變形、位移參數(shù)等有嚴(yán)格的規(guī)定。故在橋梁等建筑結(jié)構(gòu)施工過程、竣工驗收、服役期，都要對其撓度(位移)等變形參數(shù)進行監(jiān)測。目前比較常用的撓度監(jiān)測方法有機械測量法與光電測量法，且基本上是人工現(xiàn)場操作儀器進行測量。而由于光電測量法是非接觸測量，故得到較快的發(fā)展，它主要有基于成像原理與基于光射線原理的兩大類。

圖2所示是基于成像原理的一種最為典型的光電測量法。它將一發(fā)光靶標(biāo)10固定在橋面某被測點11上，在橋墩或橋外地面某處固定光電攝像系統(tǒng)12，并通過攝像機的成像透鏡13將發(fā)光靶標(biāo)成像在其光電陣列探測器14上的x₂點。當(dāng)橋面由于承載變化產(chǎn)生撓度變化d時，發(fā)光靶標(biāo)將隨橋面的撓度變化d移動到位置15，相應(yīng)地其在光電陣列探測器14上的成像位置亦移動到x₁，用攝像機攝下靶標(biāo)變化前后的兩幅圖像，即可根據(jù)光學(xué)透鏡的縮小成像倍率A及兩幅圖像上靶標(biāo)位置的變化量x₂-x₁，用后續(xù)的計算機算出撓度d＝A(x₂-x₁)。

圖3所示是基于光射線原理的另一類測量法。它將一激光器16固定在橋面某被測點17上，在橋墩或橋外地面某處、安裝光電位敏探測器(PSD)或光電陣列探測器18，激光器16發(fā)出的光束直接在探測器18上的x₁點形成光斑。當(dāng)橋面由于承載產(chǎn)生撓度變化d而移動到19時，激光器將隨橋面的撓度變化d而同步移動，相應(yīng)地其在光電陣列探測器18上的光斑亦從x₁移動到x₂，這個位置變化量x₂-x₁顯然就直接是橋面的撓度d。

對于前一類成像法而言，由于采用了成像透鏡，帶來了一系列問題：透鏡的象差使光標(biāo)成像位置產(chǎn)生變異、會影響測量結(jié)果；成像透鏡將實際撓度d縮小A倍成像，將撓度測量的分辨力與精度降低了A倍；而且其撓度測量范圍和分辨力彼此相互矛盾，給使用帶來不便。另外攝像機必須配以計算機、才能進行數(shù)據(jù)處理，且攝像機的輸出信號又要利用專用圖像采集卡進行A/D轉(zhuǎn)換以后、才能被計算機處理，這既限制了測量速度，又提高了成本。

對于第二類光射線原理而言，雖然去掉了成像透鏡，消除了由透鏡造成的問題，但由于光電位敏探測器(PSD)與光電陣列探測器自身的最大尺寸僅十余毫米，這就限制了這類測量系統(tǒng)的撓度測量范圍。且光電位敏探測器(PSD)一般不便于單獨工作，大都作為計算機的數(shù)據(jù)采集元件、并通過A/D采集卡與計算機通信，來完成測量工作。

此外上述兩種方法中，不管是透鏡、還是光電位敏探測器(PSD)及光電陣列探測器，在長期野外工作的條件下都會受到灰塵的污染，從而影響成像、測量效果，甚至使儀器失效，因而難以適應(yīng)長期野外工作的惡劣環(huán)境，故通常只是在人工操作條件下工作，基本不能長期固定在橋梁上進行實時全天候自動撓度監(jiān)測。

本實用新型的目的在于提供一種能綜合上述兩種方法優(yōu)點，而又具有防塵保護功能、基本不受灰塵影響，且成本低廉、適合于測量橋梁等其它建筑結(jié)構(gòu)或大型機械結(jié)構(gòu)長期撓度監(jiān)測的直接投射式光電撓度位移測量裝置。

本實用新型的目的是由下述具體措施來實現(xiàn)的：

直接投射式光電撓度位移測量裝置，包括光發(fā)射源、光接收器兩部分。光發(fā)射源為準(zhǔn)直性能良好的激光器。光接收器為組合結(jié)構(gòu)，由光電接收靶與硬件處理電路組成，并設(shè)置在同一殼體內(nèi)由信號線連接成一體；光電接收靶由接收屏、近場透鏡、光電陣列探測器及其掃描驅(qū)動電路組成，它們依次平行排列安裝在殼體內(nèi)同一基座上；硬件處理電路采用數(shù)字芯片的模塊化結(jié)構(gòu)電路板。

光發(fā)射源發(fā)出的光束直接照射在光電接收靶的接收屏上，光電陣列探測器及其掃描驅(qū)動電路感受接收屏上的光斑信息。

在光電接收靶中，接收屏同時具有接收光斑、屏蔽灰塵等污染物的雙重作用；而其后的近場透鏡、光電陣列探測器可采用將微透鏡陣列與光電陣列探測器組合在一起的特殊圖像傳感器件，亦可將數(shù)個這樣的器件拼接在一起，從而通過接長擴大測量范圍。