[發明專利]一種基于激光的變形位移量測方法

有效

• 申請號: 201110347133.2
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102506721A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 邱業建;彭立敏;施成華;雷明鋒;楊偉超
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明涉及一種基于激光的變形位移量測方法。

背景技術

變形位移量測無論在科學技術研究還是在工程建設方面都有著其重要作用：大壩水平與垂直位移、隧道周邊位移、構建物水平與垂直位移等。變形位移量測的方法有用激光距儀、全站儀、數字(傳統)經緯儀亦可完成。

現有的變形位移量存在測量裝置復雜以及誤差大等缺點，某些如全站儀、測距儀等在用于變形位移監測時，設備本身的精度、尤其是使用過程中人為操作上的誤差是不可避免的；

另外，現有的基于激光的位移檢測方法，采用直接測量兩次位移值、再求其差值的方法，由于在惡劣的環境中，要測量較為精確的兩次位移值難度很大，尤其容易引入設備的安裝誤差等誤差，從而總整體上導致誤差較大，一般單次誤差在±3mm左右，甚至測量誤差大于實際位移量。

例如目前在隧道施工中，隧道周邊位移監測大多采用帶鋼尺的收斂計和帶掛尺的水準儀來完成，由于鋼尺材料受溫度變化影響較大，盡管使用時進行溫度等進行修正(補償)，仍存在較大偏差，此偏差隨環境不同有時大于實際變形位移量，這是其一；其二是這些數據是通過人工觀測讀取獲得，同一個人在不同時間的存在一定的讀取偏差，不同的人在同一時間也存在讀取偏差；其三也是由于鋼尺的存在，與隧道施工相互干擾，當測點之間掛上鋼尺時是禁止車輛通行的，當隧道施工有車輛通行亦無法進行變形位移數據采集的。當采用其他方法如全站儀等亦存在相似的問題。

因此，有必要提出一種更為簡單且更為精確的測量方案。

由于激光波長單一測量精度高且智能激光變形位移計結構小巧安裝調整方便，及遠距離無線數據傳輸等優點，故智能激光變形位移計是目前高精度測量變形位移較理想的儀器之一。

1、激光光源與普通光源有顯著的區別它利用受激發射原理和激光腔的濾波效應使所發光束具有一系列新的特點：

①激光有小的光束發散角即所謂的方向性好或準直性好；

②激光的單色性好或者說相干性好，普通燈源或太陽光都是非相干光；

③激光的輸出功率雖然有限度，但光束所以功率密度很高一般的激光亮度遠比太陽表面的亮度大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于激光的變形位移量測方法，該方法易于實施，且精度高。

發明的技術解決方案如下：

一種基于激光的變形位移量測方法，包括以下步驟：

步驟1：準備工作：在被測目標物上安裝一面反射鏡，設定激光的調制頻率；

步驟2：獲取2個相位差值：根據相位差獲取步驟獲取T₀時刻的相位差以及T₁時刻的相位差T₀時刻和T₁時刻均指接收到反射激光的時間；

步驟3：計算變形位移量ΔL：

ΔL計算公式為其中K＝c/(4πf)；

所述的相位差獲取步驟為：由位移測量儀的激光發射頭發出一束具有該調制頻率的激光即入射激光；激發該入射激光的電信號為第一正弦信號；

該束激光經所述的反射鏡反射后形成反射激光被位移測量儀上的激光接收頭獲取，通過激光解調器獲得反射激光對應的電信號為第二正弦信號；

比較第一正弦信號與第二正弦信號，獲得相位差對應激光信號往返一次產生相位延遲不足π部分的相位差。

所述的調制頻率范圍為50MHz-300MHz。(調制頻率范圍為50MHz-300MHz：對應50MHz時變形范圍為0-1500mm，對應100MHz時變形范圍為0-750mm，對應300MHz時變形范圍為0-250mm，使用時按預估變形量選用相應的調制頻率。)

所述的位移測量儀包括正弦波發生器、激光調制器、激光發射頭、激光接收器、激光解調器、相位比較器、相位差-距離換算單元和數據處理單元；

正弦波發生器發出的正弦信號分兩路分別輸出到相位比較器的第一輸入端和激光調制器，激光發射頭接激光調制器的輸出端；

激光解調器的輸入端接激光接收頭，激光解調器的輸出端接相位比較器的第二輸入端；