专利名称：线阵点光源式垂线坐标仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学遥测垂线坐标仪器，特别涉及一种线阵点光源式垂线坐 标仪。
背景技术：
目前，采用CCD的光学垂线坐标仪在光路原理上有两类，一类是有镜头的光电式 垂线坐标仪，其测量原理为它是把光源发出的光经过透镜形成平行光，将垂线直接投影到 C⑶上，测量该投影在CXD上的位置，可以得到垂线在垂直于平行光方向的坐标。第一类 仪器的缺点为为了得到平行光，需要采用高品质的准直透镜。由于光学透镜容易受潮发 霉，用在大坝观测这种潮湿环境下，无法解决仪器长期工作的稳定性和可靠性，因而这类仪 器的使用受到很大限制。另一类是无透镜的光电式垂线坐标仪，它采用点光源阵列提供系 统光照，采用两片成一定角度分布的线阵CCD，它要求点光源布置成圆弧状，同时还要使一 部分点光源照射到CXDl上，一部分照射到(XD2上，还有一部分既照射到CXDl上又照射到 CCD2上，当垂线在测量区域时，扫描各个点光源，在两片CCD上至少找到两个投影数据，根 据这些数据采用投影重建图像的数字成像技术，得出垂线的位置。第二类仪器的缺点为点 光源布置难度大，也增加了仪器生产的难度，提高了生产成本，而且仪器标定困难，不适合 仪器生产。
实用新型内容为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种线阵点光源式垂线坐标仪，它 测量范围可调范围大，无需透镜，点光源布置简洁，标定方便，适合仪器生产使用，可现场显 示数据，主要部件都安装到一个可方便拆卸的底板上使部件安装和维修更方便。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种线阵点光源式垂线坐标仪，包括壳体，在壳体的一侧设置有过线缝隙，所述过 线缝隙的尾端与设置在壳体内的测量空间贯通连接，其特征在于在壳体内设有能够方便 拆卸的底板，在底板的四个面上设有两列线阵点光源阵列和两列线阵CCD，底板的每个面只 设有一列线阵点光源阵列或一列线阵CCD，且一列线阵点光源阵列和一列线阵CCD设置在 相对的两个面上，所述底板上还设置有测控电路板，所述相对设置的两组线阵点光源阵列 和线阵CXD分别与测控电路板相连接。前述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于在测量空间内壁的四个面上分别 设有通光孔，所述通光孔的位置与底板同一侧上的线阵点光源阵列或线阵CCD位置相对， 在每个通光孔上分别装有透光玻璃、滤光玻璃和加热设备。前述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于在壳体的另一侧设有显示窗口。前述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于线阵点光源阵列由贴片式LED组 成，线阵CCD为TCD1703。前述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于所述壳体做成整体密封。[0010]下面详细介绍下本实用新型的工作原理本实用新型线阵点光源式垂线坐标仪的工作原理线阵点光源采用贴片式LED， 线阵C⑶为TCD1703，在测量范围内，依次点亮线阵点光源的各个LED，在每一个LED下，物 体都会在其后面的线阵CCD上成一阴影，当在各个LED下成到CCD上的阴影大于或等于两 个的时候，我们就可以根据物体成像到CCD上的位置和LED的位置来确定垂线的实际位置， 具体方法如下以两个点光源为例进行说明，如图1所示图中，当LED、垂线和CXD所在的面在同一坐标系下，根据两条直线相交确定一点 的理论，可以看出，依次点亮LEDl和LED2，在其照射下，垂线依次在其后的CXD上产生两个 不同的阴影B和D，设B和D的坐标分别为(x0, ya)，(x0, yb)。根据A、B、C和D四点的坐标， 就可以求出直线AB和CD的方程，联立两方程即可求出这两条直线的交点的坐标，交点的坐 标就是垂线的实际位置。另外假设LEDl和LED2的坐标分别为(0，a) (0，b)，垂线的位置为 (χ，y)。根据几何知识可以得到 直线AB的斜率为^^直线CD的斜率为&一 所以两条直线的方程分别为J-az^j^xx 从(3) (4)式可以看出，如果确定了光源位置(0，a) (0，b)、垂线在C⑶上的阴影位 置(X(l，ya)，(x0,yb)和线阵CXD所在的面和LED所在的面的距离Xtl，就可以求出垂线在坐标 系中的位置(x，y)。在测量过程中，当垂线发生移动时，依次点亮各个LED，当某一个LED点 亮能照射到垂线上并能够使垂线的阴影成像到CCD上时，通过电路处理就可以知道此时垂 线阴影在CXD上的位置，同时记下此LED，把它们作为一组数据，继续扫描LED，当另外的某 个LED’点亮时也能照射到垂线上，并能够使垂线投影到CXD上时，可以得到垂线这个LED’ 照射下阴影在CCD上的位置，同时也记录下此LED’，作为另一组数据，当仪器安装调试完 毕，每个LED的位置就确定了，根据这两组数据，按照上面的测量原理，就可以得到此时垂 线的位置，和垂线初始位置进行比较就可以得到垂线移动的距离，进而达到测量的目的。本实用新型的有益效果是本实用新型采用线阵点光源提供光照，不需要光学镜 头，因为光学镜头在潮湿环境下容易受潮发霉，不设置光学镜头可以保证仪器长期工作的 稳定性和可靠性；采用线阵点光源，在点光源布置时比较简洁，容易实现，另外只用自动标 定架就可以实现仪器的标定，减少了工作量，减少了仪器生产成本。线阵点光源阵列、线阵 CCD和测控电路板都安装在一个可以方便拆卸的底板上，使该仪器安装维修方便，本实用 新型还安装了加热设备，抗潮性更好，解决了因为结露而影响测量的问题，同时根据现场需 要，还可以增加现场显示设备，使现场监测更为方便。
图1为本实用新型的工作原理图；图2为本实用新型的内部结构示意图；图3为本实用新型的侧面结构示意图；图4为本实用新型测控电路板结构框图；图5为本实用新型的测量过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。如图2和3所示，一种线阵点光源式垂线坐标仪，包括壳体1，壳体1做成整体密 封，在壳体1的一侧设置有过线缝隙10，所述过线缝隙10的尾端与设置在壳体1内的测量 空间9贯通连接，垂线8从过线缝隙10进入壳体1的测量空间9内，在壳体1的另一侧设 有显示窗口 2，其上安装有现场显示设备。在壳体1内设有能够方便拆卸的底板6，在底板 6的四个面上设有两列线阵点光源阵列7和两列线阵CCD4，底板6的每个面只设有一列线 阵点光源阵列7或一列线阵(XD4，且一列线阵点光源阵列7和一列线阵(XD4设置在底板6 相对的两个面上，这样相对设置的两组线阵点光源阵列7和线阵(XD4，分别测量垂线8在X 轴和Y轴的位置。所述底板6上还设置有测控电路板3，所述相对设置的两组线阵点光源阵 列7和线阵CCD4分别与测控电路板相连接。在测量空间9内壁的四个面上分别设有通光 孔5，所述通光孔5的位置与底板6同一侧上的线阵点光源阵列7或线阵(XD4位置相对，在 每个通光孔5上分别装有透光玻璃、滤光玻璃和加热设备。透光玻璃和滤光玻璃不仅能使 光通过，还能起到密封壳体的作用，同时滤光玻璃还能滤掉外界杂光的干扰，另外因为CCD 在外界强光的照射下容易饱和影响测量，使用加热设备避免了玻璃上因结露而影响仪器测 量使用。在测控电路板上设置有微处理器41、电源电路42、显示电路43、通信电路44、开关 电路45、LED驱动电路46、CCD驱动电路47、加热设备电路48构成。电源电路42与各电路 相连，给各电路提供电源。微处理器41与显示电路43、通信电路44、开关电路45、LED驱动 电路46、CCD驱动电路47相连，通过通信电路接收上位机命令，控制各电路完成垂线坐标的 测量。下面介绍下本实用新型的测量过程。C⑶数据采集处理电路模块，由微处理器、通信电路、C⑶驱动电路、开关电路组 成。微处理器与通信电路相连，通过通信电路接收上位机测量命令。微处理器与LED驱动 电路、CXD驱动电路相连，依次点亮LED光源阵列，同时驱动X、Y方向CXD线性阵列，CXD芯 片阵列与CCD驱动电路相连将X、Y方向垂线阴影转换为多路视频信号。微处理器与开关电 路相连，控制开关电路，依次接入多路视频信号。微处理器对多路视频信号进行模数转换和 数学处理计算，得出垂线X、Y方向坐标值。微理器与显示电路、通信电路相连，将坐标值通 过通信电路上传送至上位机，或通过显示电路显示。电源电路与各电路相连，负责给各电路 {共 ο本实用新型所采用的主要芯片。线阵CXD采用日本东芝公司的TCD1703C芯片，主要性能如下
5[0032]光敏象元数7500象元尺寸7μπιΧ7μπιΧ7μπι灵敏度12V 18V/lx. s光谱响应范围为300nm IOOOnm光谱响应峰值波长为550nm饱和曝光度0· 231x. s工作温度_25°C +60°C微处理器采用Silicon laboratories公司的C8051F121，主要性能如下高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核(100MIPS或50MIPS)真正12位或10位、IOOksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关真正8位500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关(仅C8051F12x)两个12位DAC，具有可编程数据更新方式(仅C8051F12x)2周期的16x16乘法和累加引擎128KB可在系统编程的FLASH存储器8448 (8K+256)字节的片内 RAM可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口5个通用的16位定时器具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器RS485 接 口 采用 MAX1480存贮器采用RAMTR0N公司的FM25L256线阵点光源式垂线坐标仪还采用了 8位8段数码管动态扫描芯片MAX7219，其单段 最大电流40mA，与单片机接口方式为三线串行。在现场可同时显示X，Y方向坐标值。另外，加热设备采用PTC热敏恒温电阻或功率电阻，使用交流供电。显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的 技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只 是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有 各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求 保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求一种线阵点光源式垂线坐标仪，包括壳体，在壳体的一侧设置有过线缝隙，所述过线缝隙的尾端与设置在壳体内的测量空间贯通连接，其特征在于在壳体内设有能够方便拆卸的底板，在底板的四个面上设有两列线阵点光源阵列和两列线阵CCD，底板的每个面只设有一列线阵点光源阵列或一列线阵CCD，且一列线阵点光源阵列和一列线阵CCD设置在相对的两个面上，所述底板上还设置有测控电路板，所述相对设置的两组线阵点光源阵列和线阵CCD分别与测控电路板相连接。
2.根据权利要求1所述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于在测量空间内壁的 四个面上分别设有通光孔，所述通光孔的位置与底板同一侧上的线阵点光源阵列或线阵 CCD位置相对，在每个通光孔上分别装有透光玻璃、滤光玻璃和加热设备。
3.根据权利要求2所述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于在壳体的另一侧设 有显示窗口。
4.根据权利要求3所述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于线阵点光源阵列由 贴片式LED组成，线阵CXD为TCD1703。
5.根据权利要求4所述的线阵点光源式垂线坐标仪，其特征在于所述壳体做成整体 密封。
专利摘要本实用新型公开了一种线阵点光源式垂线坐标仪，包括壳体，在壳体的一侧设置有过线缝隙，所述过线缝隙的尾端与设置在壳体内的测量空间贯通连接，其特征在于在壳体内设有能够方便拆卸的底板，在底板的四个面上设有两列线阵点光源阵列、两列线阵CCD和测控电路板，所述线阵点光源阵列和线阵CCD与测控电路板相连接。本实用新型解决了光学垂线坐标仪测量精度低、稳定性差、点光源布置难度大，测量中漂移干扰的问题，提供一种线阵点光源式垂线坐标仪，它测量范围和可调范围大，无需透镜，点光源布置简洁，标定方便，适合仪器生产使用，可现场显示数据。本实用新型装有加热设备可防潮、防结露，仪器使用寿命长。适合对大型建筑物进行安全监测。
文档编号G01C15/00GK201653414SQ20102014099
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者刘冠军, 卢欣春, 李学胜, 王军涛, 蓝彦, 邹念椿 申请人:国网电力科学研究院;南京南瑞集团公司