专利名称：一种真空激光坝变形测量方法
技术领域：
本发明属于光学、光电检测和几何位置测量技术领域，涉及一种利用真空管道中的激光束对微小位移进行测量，特别涉及到可减小真空激光坝变形测量系统的真空管道直径的测量方法。
背景技术：
由于激光在真空中传播时，可以避免由于大气湍流和空气温度梯度及压力梯度带来的影响，是一条理想直线，因而在工程中被用于实现高精度变形测量。真空激光坝变形测量系统就是一种典型应用，用于对水坝坝体的水平滑移和垂直沉降进行高精度监测，与其他类型的监测装置相比，具有测量精度高，长期可靠性和稳定性好的优点。
目前实际应用的真空激光坝变形测量系统如图1所示，由真空管道1、激光光源2、波带板3、测点基座5和激光接收器4组成。激光光源2、波带板3和激光接收器4被安装在一条直线上，两端是激光光源2和激光接收器4，中间是波带板3。激光从激光光源2出发经过波带板3到达激光接收器4，由于波带板3的成像作用，会在激光接收器4上形成一个激光光点，在理想的条件下，激光光源2的中心a、波带板3的中心b和激光接收器4上激光光点的中心c是在一条直线上。如果激光光源2和激光接收器4被安置在两个基准点上固定不动，则波带板3的移动将导致激光接收器4上光点的移动，通过测量激光接收器上激光光点的位移量Δy，就可以计算出波带板3的位移量Δy1。
为测量被测物体的位移，将波带板3通过测点基座5直接固定在被测物体上，借助测量波带板3的位移来测量被测物体的位移。
为实现高精度测量，避免大气扰动和温度梯度导致的光线弯曲的影响，必须采用真空管道1将整个激光光路与大气隔离，确保激光束在理想的条件下传播。
在上述系统中，当激光光源2和激光接收器4之间距离L较大，而激光光源2和波带板3之间距离L1较小时，由于光学放大作用，波带板3数十毫米的位移量Δy1，根据三角关系(Δy/Δy1＝L/L1)会导致激光接收器4上的光点产生数百毫米位移量Δy，因而要求在接收端真空管道的直径必须足够大，以提供必要的光路。因此在现有系统中，真空管道1被设计成在激光光源2端直径较�。诩す饨邮掌�4端直径(Dmax)较大，近似锥形的形式，如图1所示。例如设在丰满电站的真空激光坝变形测量装置，其真空管道长约1千米，在靠近激光光源端管道直径不到200毫米，而在接收端管道直径就达到约500毫米。
由于现有系统真空管道直径较大，不但使系统造价很高，而且由于整个真空管道容积较大，对抽真空系统以及管道的安装和密封的要求也大大提高，对于超长坝现有方法甚至难以实施，因此，能否减小真空管道直径，是真空激光坝变形测量系统能否得以推广使用的关键因素之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的真空激光坝变形测量方法，可以使用较细管径的真空管道，以解决真空管道直径较大、造价过高的问题。
本发明的技术方案是通过改进现有的真空激光坝变形测量装置及方法，在波带板、测点基座之间设置一个二维位置调整机构，并改变原来的偏差测量法为微差测量方法实现的，可以解决现有的测量方法中真空管道直径较大、造价过高的问题。
如图2所示，在现有测量方法的基础上，在波带板3和测点基座5之间，设置一个二维位置调整机构6，使波带板3与测点基座5之间的相对位置在垂直于激光束方向的二维平面内能够进行调整。当测点基座5发生位移时，会带动波带板3移动，并使激光接收器4上的光点c移动Δy，激光接收器4在检测到光点c移动Δy后将检测结果反馈到二维位置调整机构6，由二维位置调整机构6控制波带板3和测点基座5之间的相对位置，直到激光接收器4上的光点c回到激光接收器4的中心位置，这时根据二维位置调整机构6的位移量就可以得到被测物体的位移量Δy1，这就是零位式测量法，也可以由二维位置调整机构6调整波带板3和测点基座5之间的相对位置，直到激光接收器4上的激光光点c在激光接收器4的中心附近得到Δy，这时根据二维位置调整机构6的位移量和Δy共同计算，就可以得到被测物体的位移量Δy1，这就是微差式测量法。
在上述改进的方法中，测量方法从现有的利用激光接收器4直接测量激光接收器4上光点c的位移量的偏差式测量法，改为利用激光接收器4进行零位判断，用二维位置调整机构6控制波带板相对测点基座5进行位移补偿的零位式测量法或微差式测量法。
本发明的效果和益处是由于激光接收器4上的光点c位置始终处于激光接收器4的中心附近，因此，可以大大减小真空管道在接收端的直径，同时也减小了对激光接收器4的接收范围的要求，于是就达到了减小真空管道直径，降低系统造价，减小施工难度的目的。
图1是现有真空激光坝变形测量方法示意图。
图中1真空管道，2激光光源，3波带板，4激光接收器，5测点基座，a是激光光源中心位置，b是波带板3中心的位置，Δy1是测点基座5位移量，Δy1也是波带板4中心到激光光源1中心与激光接收器4中心连线形成的轴线的距离，c是激光束在激光接收器4形成的激光光点中心的位置，Δy是从c到激光接收器4中心的距离，L是激光光源1到激光接收器4的距离，L1是激光光源1到波带板3的距离，Dmax是最大真空管道直径。
图2是本发明提供的真空激光坝变形测量方法示意图。
图中1真空管道，2激光光源，3波带板，4激光接收器，5测点基座，6二维位置调整机构，a是激光光源中心位置，b是波带板3中心的位置，Δy1是测点基座5的位移量，c是激光束在激光接收器4形成的激光光点中心的位置，Δy是从c到激光接收器4中心的距离，L是激光光源1到激光接收器4的距离，L1是激光光源1到波带板3的距离，Dmax是最大真空管道直径。
具体实施例方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式
。
本实施例将对采用本方法前后的真空激光坝变形测量系统进行对照说明。
某真空激光坝变形测量系统在采用本方法前，系统结构如图1所示。系统由真空管道1、激光光源2、波带板3、激光接收器4和测点基座5组成。激光光源2与激光接收器4相距1000米，测点基座5到激光光源2的距离为100米，波带板3与测点基座5固定在一起，激光发射端附近的真空管道直径为159毫米。当该测点垂直激光轴线变形量为20毫米时，由三角关系，光点c会产生的平移量Δy为20×1000/100＝200毫米，此时，如果，要求接收端的真空管道直径至少400毫米，同时要求激光接收器4的接收范围也要达到400毫米，否则激光无法达到激光接收器4。
在采用本方法后，系统结构如图2所示，此时，系统由真空管道1、激光光源2、波带板3、激光接收器4、测点基座5和二维位置调整机构6组成。激光光源2与激光接收器4相距1000米，测点基座5到激光光源2的距离为100米，波带板3和测点基座5之间由二维位置调整机构6连接，激光发射端附近的真空管道直径为159毫米。测点基座5发生垂直激光轴线的位移20毫米，带动波带板3移动20毫米，并使激光接收器4上的光点c移动Δy为200毫米，采用微差式测量法，激光接收器4在检测到光点c移动后将检测结果反馈到二维位置调整机构6，由二维位置调整机构6调整波带板3和测点基座5之间的相对位置，直到激光接收器4上的光点c在激光接收器4的中心附近约10毫米内，检测得到Δy为10毫米，这时根据二维位置调整机构6的位移量19毫米和Δy共同计算，就可以得到被测点的位移量Δy1＝19+10×100/1000＝20毫米。由于可控制光点c在半径10毫米左右的范围内，所以接收端附近的真空管道可与发射端的真空管道直径159毫米相同，而且激光接收器4的接收范围仅需要50毫米，就可以满足要求。从而大大降低工程造价和施工难度。
权利要求
1.一种真空激光坝变形测量方法，该方法是在由真空管道(1)、激光光源(2)、波带板(3)、激光接收器(4)、测点基座(5)组成的真空激光坝变形测量装置上设置了二维位置调整机构(6)实现的，其特征在于a)在波带板(3)和测点基座(5)之间由二维位置调整机构(6)相连；b)波带板(3)和测点基座(5)之间的相对位置可以由二维位置调整机构(6)控制在垂直于基准线的二维平面内位移。
2.根据权利要求1所述的一种真空激光坝变形测量方法，其特征在于二维位置调整机构(6)控制波带板(3)相对于测点基座(5)移动，控制激光接收器(4)的激光光点c的位置在激光接收器(4)的接收范围内。
全文摘要
一种真空激光坝变形测量方法，属于光学、光电检测和几何位置测量技术领域，其特征在于在测点基座和波带板之间设置了一个二维位置调整机构，在测量时，通过这个机构调节波带板相对于测点基座的位置，使到达激光接收器的激光光点位于激光接收器的中心附近，根据波带板相对于测点基座的位移量和光点在激光接收器上的偏移量，可以计算出测点的位移。本发明的效果和益处是由于测量时光点始终在激光接收装置的中心附近，因此，可以大大减小真空管道在接收端的直径，同时也减小了对激光接收器的接收范围的要求，从而达到减小真空管道直径，降低系统造价，减小施工难度的目的。
文档编号G01B11/00GK1546942SQ20031010523
公开日2004年11月17日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年11月28日
发明者赖康生, 王晓旭, 许青, 赖建生 申请人:大连理工大学
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