[實用新型]一種光學微位移測量系統

有效

• 申請號: 201821057143.6
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN209101998U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 楊士中;王韜;楊士德
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種光學微位移測量系統，被測物體通過連接桿與激光管相連，激光管與被測物體有相同的位移；若激光管發出的光經透鏡系統形成光點只打在光電二極管陣列上某個光電二極管上，激光管的位置與光電二極管陣列中光點位置對應，即與受光二極管的序號對應。當打在光電二極管陣列的光斑可能覆蓋多個二極管時，根據光電二極管陣列上激光強度分布，可設想一個等效光電二極管，其序號可為非整數，對應的輸出電壓是V_∑，對加法器輸出的貢獻等于全部受光二極管輸出V₁…V_i…V_n貢獻的總和。等效光電二極管的序號表示光電二極管陣列全部受光二極管的重心位置。

技術領域

本實用新型屬于測量儀器領域，涉及一種光學微位移測量系統。

背景技術

大型水庫的庫岸邊坡，山區公路、鐵路邊坡有危巖、滑坡、地裂等地質災害。這些災害發生前，相關地面先要發生微位移。橋梁、大壩、摩天大樓等大型建筑在使用中會發生微位移、微變形。這些微小變化直接影響建筑物的安全。微位移測量是危險報警的主要監測手段。

專利ZL20031011925.9“一種微位移測量技術”得到很好應用，但當測量距離增大時，接收信號衰減很快，例如距離增大10倍，同等條件下角反射器反射回來的信號就要減弱10000 倍。這時角反射器和天線尺寸或發射功率都需很大，這限制其應用。專利ZL201310067245.1 “遠距離微位移測量技術”克服了上述問題，用相干有源反射器代替角反射器，可測量上萬公里外物體的微位移。

但上述兩種微位移測量技術都基于微波比相測距，要求微位移方向與觀測方向基本一致，否則對微位移的感測靈敏度降低。這限制了某些應用，例如：對跨江大橋，要測量汽車在橋面產生的垂直微位移，不能夠將微位移測量儀放在江面，而只能放在橋墩上。這時微位移方向與觀測方向不一致，近似垂直，不能用微波比相精密測距。又如：測量攔河大壩的微位移，大壩下游是河流，我們只能在大壩兩端測量，這時微位移方向與觀測方向不一致，近似垂直，不能用微波比相精密測距。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本實用新型提供一種光學微位移測量系統。

一種光學微位移測量系統，被測物體通過連接桿與激光管相連，二者有相同的位移，激光管發出的光經透鏡系統形成光斑打在光電二極管陣列上，數據處理和微位移輸出電路的輸出電壓表示全部受光光電二極管的重心位置，該輸出電壓代表被測物體位移。

設光電二極管陣列有n個光電二極管，接受激光照射后輸出電壓為V₁…V_i…V_n；經n個低噪聲前置放大器放大后并行送到由運算放大器構成的相加器，U₁為其輸出電壓，R_f為反饋電阻，G₁∧G_n為n個輸入電阻的電導值和由運算放大器構成的輔助相加器，U₂為其輸出電壓， R_f為反饋電阻，n個輸入電阻的電導值都為G；除法器輸出電壓為U＝U₁/U₂，其中故光電二極管陣列上激光強度分布為光斑覆蓋多個二極管時，可設想一個等效光電二極管，其輸出電壓是V_∑，其序號可以是非整數，對應的權系數是G_∑，它對加法器輸出的貢獻等于全部受光二極管輸出V₁…V_i…V_n貢獻的總和，它表示光電二極管陣列全部受光二極管的一階矩位置。

附圖說明

圖1為光學微位移測量原理圖。圖1中，1是被測物體；2是激光管；1與2有相同的位移，位移范圍為d；3是透鏡系統，4是光電二極管陣列，5是數據處理和微位移輸出電路。

圖1中的x，y，y′，f，f′，l，l′滿足如下關系：

或或