[發明專利]一種測定地下可伸縮中空機構伸縮位移的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710252083.7
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106970390B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 陳光富;張國棟;謝強
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32;G01S7/481
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.一種測定地下可伸縮中空機構伸縮位移的裝置，包括PC終端（1）、地上模塊（2）、地下模塊（3），其特征在于：PC終端（1）連接地上模塊（2），地上模塊（2）與地下模塊（3）通訊連接，地下模塊（3）安裝在可伸縮中空機構（4）內；所述PC終端（1）和地上模塊（2）共同實現發射信號的控制、調制；接收信號的調理、混頻濾波、采集處理、測距顯示；所述地下模塊（3）與可伸縮中空機構（4）同步伸縮，位移測定時實現信號激光發射、接收和光電轉換；

所述地下模塊（3）包括紅外激光器（20）、取樣準直器（19）、發射物鏡（18）、參考信號光探測器（22）、測量信號光探測器（23）、接收物鏡（21）、直角棱鏡（24）；

所述直角棱鏡（24）膠結在可伸縮中空機構（4）最內層伸縮節端部，側面鍍光學膜和保護層，能夠高效地全反射入射光，用以接收取樣準直器（19）準直后經發射物鏡（18）主光軸方向而射來的激光束，并改變光路，使激光束準確沿接收物鏡（21）主光軸方向反射至測量信號光探測器（23），并且在使用時最內層伸縮節端部是置于巖土體中；

可伸縮機構（4）中空，允許激光無障礙直射；可伸縮中空機構（4）由多節等長度套筒，根據實際需測距長度連接而成，相鄰兩套筒間隙剛好保證其可相對以盡量小的滑動摩擦、而自由來回滑動伸縮但不相對扭轉，而且相鄰兩套筒在完全伸出或縮進時，被套筒兩端卡扣卡住而不至于相鄰兩套筒脫節；

紅外激光器（20）發射帶有調制信號信息的光束中，一部分光束作為參考信號光束經過取樣準直器（19）直接反射到參考信號光探測器（22），另一部分光束作為測量信號光束經過取樣準直器（19）準直后發射至直角棱鏡（24）并反射回到測量信號光探測器（23）。

2.根據權利要求1所述一種測定地下可伸縮中空機構伸縮位移的裝置，其特征在于：所述地上模塊（2）包括信號控制單片機（5）、本振直接數字頻率合成器（6）、主振直接數字頻率合成器（7）、信號調制器（8）、直流偏置模塊（9）、信號處理單片機（10）；

以及參考信號通路和測量信號通路兩路信號處理模塊，每一路信號處理模塊包括依次連接的模數轉換器、信號放大器、選頻器、混頻器、后置放大器、增益放大器、前置放大器；

信號控制單片機（5）輸入端連接PC終端（1），信號控制單片機（5）輸出端分別連接本振直接數字頻率合成器（6）的輸入端、主振直接數字頻率合成器（7）輸入端；

本振直接數字頻率合成器（6）輸出端分別連接參考信號通路和測量信號通路兩路信號處理模塊中混頻器的輸入端；

主振直接數字頻率合成器（7）輸出端連接信號調制器（8）輸入端；

直流偏置模塊（9）連接信號調制器（8）輸出端；

信號調制器（8）輸出端與地下模塊（3）中紅外激光器（20）輸入端連接；

信號處理單片機（10）輸出端連接PC終端（1），信號處理單片機（10）輸入端分別連接參考信號通路和測量信號通路兩路信號處理模塊中的模數轉換器輸出端；

兩路信號處理模塊中的前置放大器輸入端，分別連接地下模塊（3）中參考光探測器（22）和測量光探測器（23）輸出端。

3.采用如權利要求1~2任意所述 一種測定地下可伸縮中空機構伸縮位移的裝置的可伸縮中空機構伸縮位移測量方法，其特征在于：PC終端（1）發送指令，通過信號控制單片機（5）控制本振直接數字頻率合成器（6）和主振直接數字頻率合成器（7），本振直接數字頻率合成器（6）產生本振電壓信號波，主振直接數字頻率合成器（7）產生主頻電壓信號波，主頻電壓信號波經信號調制器（8）轉化為主頻電流信號波后與直流偏置模塊（9）疊加，驅動紅外激光器（20）發光；

紅外激光器（20）發射帶有調制信號信息的光束中，一部分光束作為參考信號光束經取樣準直器（19）直接反射到參考信號光探測器（22），另一部分光束作為測量信號光束經取樣準直器（19）準直后發射至直角棱鏡（24）并反射回到測量信號光探測器（23）；

兩束光經光探測器后轉變為電流信號波，后都分別經過各自通路的前置放大器轉變為電壓信號波，再經過增益放大器、后置放大器，再分別與本振電壓信號波經過混頻器混頻，選頻器濾掉高頻波，剩下的低頻信號波經過信號放大器、模數轉換器，最后兩路數字信號進入信號處理單片機（10）完成解算，最后由PC終端（1）顯示出測距結果。