一种激光三维位移测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光三维位移测量装置，包括发射端和与其无线通信的接收端，所述发射端包括发射端电源模块、激光器、发射端CPU模块和发射端无线通信模块，所述接收端包括接收端CPU模块、接收端电源模块、摄像机、PVC板以及接收端无线通信模块，其优点在于：通过将两根激光发射管设于发射端，激光束投射到接收端的PVC板上，把PVC板的中心作为坐标系原点，并通过摄像机记录初始状态下两束激光在PVC板上投射点相对于PVC板中心的相对位置，并由接收端CPU模块记录，当发射端和接收端之间发生位移时，激光发射管投射到PVC板上形成的投射点相对初始状态发生移动，通过接收端CPU模块利用三角函数计算出发射端与接收端之间在三个轴线方向的位移。
【专利说明】一种激光三维位移测量装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及相对位移测量【技术领域】，尤其是一种激光三维位移测量装置。
【背景技术】
[0002]在地质灾害监测中位移是非常重要的参数，国内外都将位移和变形监测放在首位，位移监测作为在滑坡监测中位移作为一种直观量，能有效判断滑坡变化的速度，尽快采取有效措施，避免危害的发生，常规的测量方法是使用单激光器和摄像机配合实现，只能测量平面坐标系内的位移量，要想完成三维监测，至少需要两个角度进行同时监测，两个角度，两套设备进行监测所产生的误差容易影响测量数据的准确性，而且监测效率低，成本较闻。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以利用一套设备一次性完成两个测量点之间的相对三维位移，测量更加准确，监测效率高，成本低。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种激光三维位移测量装置，包括发射端和与其无线通信的接收端，所述发射端包括发射端电源模块、激光器、发射端CPU模块和发射端无线通信模块，所述发射端电源模块与发射端CPU模块电源端连接，所述激光器控制端与发射端CPU信号端连接，所述发射端无线通信模块与发射端CPU模块双向通信，所述接收端包括接收端CPU模块、接收端电源模块、摄像机、PVC板以及接收端无线通信模块，所述接收端CPU模块电源端与接收端电源模块连接，所述摄像机控制端和信号端均与接收端CPU信号端连接，所述接收端CPU模块与接收端无线通信模块之间双向通信，所述发射端无线通信模块与接收端无线通信模块之间双向通信，所述摄像机位于PVC背面、且其轴线与PVC板垂直。
`[0005]所述激光器包括两根位于同一竖向平面内的激光发射管，两根激光发射管在竖向平面内的夹角为0-30度、且相对于一个水平面对称布置。
[0006]所述激光器投射方向与PVC板正面相对、且在初始状态下其两根激光管所在的竖向平面与PVC板垂直。
[0007]所述发射端CPU模块与接收端CPU模块均包括时钟同步模块。
[0008]所述发射端无线通信模块和接收端无线通信模块均为433M无线通信模块。
[0009]本实用新型的有益效果如下:通过将两根激光发射管设于发射端，激光束投射到接收端的PVC板上，把PVC板的中心作为坐标系原点，并通过摄像机记录初始状态下两束激光在PVC板上投射点相对于PVC板中心的相对位置，并由接收端CPU模块记录，当发射端和接收端之间发生位移时，激光发射管投射到PVC板上形成的投射点相对初始状态发生移动，通过接收端CPU模块利用三角函数计算出发射端与接收端之间在三个轴线方向的位移，实现发射端和接收端安装位置相对三维位移的测量。【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是发射端原理框图；
[0011]图2是接收端原理框图；
[0012]图3是本实用新型的使用状态图；
[0013]图4是激光器在PVC板上投射点初始状态；
[0014]图5是激光器在PVC板上投射点发生移动后的状态。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0016]随着我国现代化建设事业的迅速发展，各类水利水电设施、矿山、港口、高速公路、铁路和能源工程等工程的建设中或建成后的运营期内，不可避免地形成了大量的边坡工程。与此同时，由地震、自然降雨、火山喷发等诱发的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频繁发生，严重威胁着人民的生命、财产安全，在一定程度上制约了国民经济的快速发展。如果能比较准确地预报滑坡发生的时间，则可采取相应措施，防患于未然，将滑坡灾害造成的损失减少到最低点。针对以上这一系列难题，国内外都开展了一些技术方法的研究工作，如数字摄影测量、全站仪和GPS联合作业等工作，均取得了 一些效果。但是由于这些方法存在一些技术上的难题，生产实践中难以全面推广应用综上所述。
[0017]本实用新型公开了一种激光三维位移测量装置(参见图3)，包括发射端(参见图1)和与其无线通信的接收端(参见图3)，所述发射端包括发射端电源模块、激光器、发射端CPU模块和发射端无线通信模块，所述发射端电源模块与发射端CPU模块电源端连接，所述激光器控制端与发射端CPU信号端连接，所述发射端无线通信模块与发射端CPU模块双向通信，所述接收端包括接收端CPU模块、接收端电源模块、摄像机、PVC板以及接收端无线通信模块，所述接收端CPU模块电源端与接收端电源模块连接，所述摄像机控制端和信号端均与接收端CPU信号端连接，所述接收端CPU模块与接收端无线通信模块之间双向通信，所述发射端无线通信模块与接收端无线通信模块之间双向通信，所述摄像机位于PVC背面、且其轴线与PVC板垂直，本实用新型中的PVC板采用白色PVC板，激光束投射到板面上的投射点直接由摄像机采集，摄像机将采集到的数据直接传输给接收端CPU模块，由接收端CPU模块进行分析处理，并得出结论，同时本实用新型中的发射端和接收端还配套安装加速度计，能够快速反应在各个方向上发生的位移，起到预警的作用。
[0018]所述激光器包括两根位于同一竖向平面内的激光发射管，两根激光发射管在竖向平面内的夹角为0-30度、且相对于一个水平面对称布置，两根激光发射管之间的夹角可以根据发射端和接收端之间的距离来设定，只需要保证投射点能够位于摄像机成像范围内即可。
[0019]所述激光器投射方向与PVC板正面相对、且在初始状态下其两根激光管所在的竖向平面与PVC板垂直，所述发射端CPU模块与接收端CPU模块均包括时钟同步模块，发射端无线通信模块和接收端无线通信模块均为433M无线通信模块，发射端和接收端保持实施透明通信，确保两者之间的时间同步。
[0020]本实用新型是通过将两根激光发射管设于发射端，激光束投射到接收端的PVC板上，把PVC板的中心作为坐标系原点，并通过摄像机记录初始状态下两束激光在PVC板上投射点相对于PVC板中心的相对位置，并由接收端CPU模块记录，当发射端和接收端之间发生位移时，激光发射管投射到PVC板上形成的投射点相对初始状态发生移动，通过接收端CPU模块利用三角函数计算出发射端与接收端之间在三个轴线方向的位移，实现发射端和接收端安装位置相对三维位移的测量，实现全自动化监测，测量数据准确性高，效率大大提高，而且能够降低成本。
[0021]本实用新型的实现方法实际上是采用三角函数进行计算，如图4和图5所示，在测试初始状态，将PVC板中心作为原点，通过原点的水平线为X轴，通过原点的垂直线为Y轴，通过原点且垂直于PVC板和X轴以及Y轴的水平线为Z轴，初始状态是将PVC板竖向垂直设置，将发射端和接收端安装在两个待测点，并开启调试设备，确保发射端两根激光发射管投射的光束位于摄像机成像范围内，并由接收端CPU模块进行记录，并根据坐标系原点计算两投射点SO和SI的坐标值，假设SO和SI之间在X轴距离为0，在Y轴距离为D0，在Z轴距离为0，同时发射端和接收端保持实时无线通信，确保时间同步；当发射端和接收端发生位移，假设点Si位置保持不变，SO移动到SO’的位置，假设SI和S0’之间在Y轴上的距离为D1，S0和S0’之间在Y轴上的距离为D2，S0和S0’之间在X轴上的距离为D3，若已知发色很短两个激光发射管的初始安装所成的角度为A，当前时刻SO和SI的距离为Dl，SO点在X轴上偏移D3，在Y轴上偏移D2，所以可以得出发射模块和接收模块的相对位移量变化为=X轴向偏移量为D3，Y轴向偏移量为D2，Z向偏移为D0/tan (A)-DI/tan (A)。
[0022]另外当模块垂直向上放置时，X轴向的值为0，Y轴为g(—个重力加速度)，Ζ轴为
O。如果模块绕X轴转动正角度0则X轴值还是0，Υ轴值为g*cot(0)，z轴值为g*tan(e)。当前测量值与初始安装时的值比较就可得出模块的姿态变化量。
[0023]以上是两种示例，并非只能监测上述两种情况时的位移，其他种类位移均可以通过两个投射点在初始位置和监测时位置对比后结合两根激光发射管之间的夹角进行推算，而且推算过程可以利用CPU直接进行得出，完全实现三维位移的自动化监测，大大提高监测效率，降低成本，改善监测数据的准确性。
【权利要求】
1.一种激光三维位移测量装置，其特征在于:包括发射端和与其无线通信的接收端，所述发射端包括发射端电源模块、激光器、发射端CPU模块和发射端无线通信模块，所述发射端电源模块与发射端CPU模块电源端连接，所述激光器控制端与发射端CPU信号端连接，所述发射端无线通信模块与发射端CPU模块双向通信，所述接收端包括接收端CPU模块、接收端电源模块、摄像机、PVC板以及接收端无线通信模块，所述接收端CPU模块电源端与接收端电源模块连接，所述摄像机控制端和信号端均与接收端CPU信号端连接，所述接收端CPU模块与接收端无线通信模块之间双向通信，所述发射端无线通信模块与接收端无线通信模块之间双向通信，所述摄像机位于PVC背面、且其轴线与PVC板垂直。
2.根据权利要求1所述的激光三维位移测量装置，其特征在于:所述激光器包括两根位于同一竖向平面内的激光发射管，两根激光发射管在竖向平面内的夹角为0-30度、且相对于一个水平面对称布置。
3.根据权利要求1所述的激光三维位移测量装置，其特征在于:所述激光器投射方向与PVC板正面相对、且在初始状态下其两根激光管所在的竖向平面与PVC板垂直。
4.根据权利要求1所述的激光三维位移测量装置，其特征在于:所述发射端CPU模块与接收端CPU模块均包括时钟同步模块。
5.根据权利要求1所述的激光三维位移测量装置，其特征在于:所述发射端无线通信模块和接收端无线通信模块均为433M无线通信模块。
【文档编号】G01B11/02GK203629543SQ201320894786
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】张青, 韩永温, 史彦新, 孟宪玮, 曾克, 张晓飞, 郝文杰, 吕中虎, 蒿书利 申请人:中国地质调查局水文地质环境地质调查中心