專(zhuān)利名稱(chēng)：裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地質(zhì)工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量?jī)x，特別是一種裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
地裂縫被業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)為“地球上難以愈合的傷口 ”，是一種緩慢發(fā)展的漸進(jìn)性地質(zhì)災(zāi)害，我國(guó)的地裂縫分布十分廣泛，近年來(lái)具有范圍不斷擴(kuò)大，危害不斷加重的趨勢(shì)，陜西省西安市地裂縫最近發(fā)生的地鐵基坑坍塌事故與地裂縫不無(wú)關(guān)系；滑坡常常給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失、有的甚至是毀滅性的災(zāi)難，發(fā)生在農(nóng)村和城鎮(zhèn)的滑坡最主要的危害是摧毀農(nóng)田、房舍、傷害人畜、毀壞森林、道路以及摧毀工廠、學(xué)校、機(jī)關(guān)單位等等。另一方面，公路橋梁，建筑，水利水電方面等土木工程中的裂縫變形也對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)以及生產(chǎn)生活設(shè)施帶來(lái)極大的威脅，然而現(xiàn)存對(duì)裂縫的變形監(jiān)測(cè)手段相對(duì)于當(dāng)量地質(zhì)與工程問(wèn)題的出現(xiàn)而顯得十分滯后。裂縫變形的單向監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而多向變形的實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)還很不成熟。目前裂縫變形的多向監(jiān)測(cè)常用方法有機(jī)械式變形監(jiān)測(cè)儀法，多點(diǎn)檢測(cè)法和相對(duì)位移檢測(cè)法。機(jī)械式三向變形監(jiān)測(cè)儀，是通過(guò)位移傳感器同時(shí)測(cè)量同一測(cè)點(diǎn)垂直位移與張裂位移和水平錯(cuò)動(dòng)量的絕對(duì)值，該儀器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、裝配便捷、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)槭菣C(jī)械儀器，滑桿間具有一定的摩擦，同時(shí)因?yàn)闂U件之間的扭動(dòng)而使得設(shè)備卡死，所以在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性；多點(diǎn)監(jiān)測(cè)法即為在地裂縫的兩側(cè)設(shè)置多個(gè)點(diǎn)分別埋設(shè)百分表，來(lái)檢測(cè)水平垂直和剪切。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便易行；缺點(diǎn)是儀器的安裝繁瑣，人工讀取數(shù)據(jù)誤差大，可靠度不高，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；相對(duì)位移檢測(cè)法即為將三向移動(dòng)轉(zhuǎn)變成空間中一點(diǎn)P的移動(dòng)，則通過(guò)P點(diǎn)的相對(duì)位移計(jì)算出地裂縫的真實(shí)位移，現(xiàn)行的儀器有整體式 TS三向測(cè)縫計(jì)。其安裝方法主要是將三只傳感器的一端分別固定在垂直止板直角支架的三個(gè)頂點(diǎn)上，另一端則固定于面板上的一個(gè)點(diǎn)。間接測(cè)量面板相對(duì)于止板的三向位移。其缺點(diǎn)是將空間位移轉(zhuǎn)化相對(duì)位移的計(jì)算過(guò)程較繁瑣，機(jī)械式的測(cè)量裂縫的兩端的部件之間存在一定的機(jī)械力，這種機(jī)械力對(duì)位移的監(jiān)測(cè)的結(jié)果影響很大，而且信息的反饋相對(duì)滯后。激光技術(shù)在國(guó)內(nèi)外公路交通方面應(yīng)用比較廣泛，但是在工程裂縫多向變形監(jiān)測(cè)上還沒(méi)有得到實(shí)際的應(yīng)用。有些偏遠(yuǎn)山區(qū)對(duì)滑坡和崩塌、泥石流的監(jiān)控還處在專(zhuān)派人員逐級(jí)向上級(jí)匯報(bào)的層次，有些施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于地裂縫的變形監(jiān)測(cè)也是無(wú)能為力。因此，研發(fā)一種可以脫離人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、“一點(diǎn)三向”位移變化同步遠(yuǎn)程輸出、危險(xiǎn)位移信號(hào)警報(bào)的創(chuàng)新型設(shè)備，對(duì)于解決現(xiàn)有問(wèn)題很有必要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種裝配調(diào)試簡(jiǎn)便、測(cè)量精度較高、數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理，并且可以同時(shí)測(cè)量地裂縫同一點(diǎn)的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案[0007]—種裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，其特征在于，由激光發(fā)射器、激光接收器、數(shù)據(jù)處理裝置組成，所述的激光發(fā)射器發(fā)射出激光束，射向激光接收器，激光接收器感光后發(fā)出信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)由數(shù)據(jù)處理裝置得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的其他一些特點(diǎn)是所述的激光接收器主要由接收面板，水準(zhǔn)泡、數(shù)據(jù)處理芯片，通信芯片、電源配適口及其附加電路構(gòu)成。所述的激光發(fā)射器和激光接收器由三角架支撐。所述的激光發(fā)射器采用MYZOX發(fā)射器。所述的數(shù)據(jù)處理裝置選擇常規(guī)的計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是1)對(duì)裂縫同一點(diǎn)位移變形的垂直位移與張裂位移和水平錯(cuò)動(dòng)量的絕對(duì)值(三向位移變化量)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)；2)安裝非常方便，而且裂縫測(cè)量時(shí)不存在機(jī)械力的影響；3)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，超位移分級(jí)報(bào)警等功能。4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理能力擴(kuò)展性強(qiáng)，可以和其他現(xiàn)有的處理軟件進(jìn)行有效對(duì)接。
圖1是本實(shí)用新型的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的標(biāo)記分別表示1、激光發(fā)射器，2、控制面板，3、三角架，4、激光束，5、激光接收器，6、激光接收面板，7、數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)，8、電源配適口，9、數(shù)據(jù)處理裝置。圖2是采用新型的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x測(cè)量實(shí)際裂縫的位置圖。圖3是數(shù)據(jù)處理裝置顯示的試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總頁(yè)面。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例給出一種裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，由激光發(fā)射器1、激光接收器5、數(shù)據(jù)處理裝置9組成。工作時(shí)由激光發(fā)射器1發(fā)射出，激光束4射向激光接收器5。 激光接收器1的控制面板2感光后發(fā)出信號(hào)，同時(shí)測(cè)得裂縫的垂直變化量和左右錯(cuò)動(dòng)量。經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)7輸入數(shù)據(jù)處理裝置9，由數(shù)據(jù)處理裝置9得到相關(guān)的數(shù)據(jù)，并模擬出裂縫相對(duì)移動(dòng)的軌跡圖。本實(shí)施例制備的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x的量程范圍為0 500mm，精度為1mm， 當(dāng)裂縫變形量達(dá)到臨界值時(shí)通過(guò)限位器及時(shí)發(fā)出報(bào)警。激光發(fā)射器1采用MYZOX發(fā)射器，包括用于顯示測(cè)距儀測(cè)出距離的顯示器控制面板2;在激光發(fā)射器1上主要有縱向位移接受器，移動(dòng)電源，水平泡等部件。主要功能是，進(jìn)行縱向位移的測(cè)定與發(fā)出測(cè)定平面兩向位移所需要的激光。激光發(fā)射器1發(fā)出波長(zhǎng)處于紅外線(xiàn)范圍的特定激光束4。激光發(fā)射器1可以使用獨(dú)立電源供電，也可通過(guò)電源電壓器進(jìn)行供電。激光束4的波長(zhǎng)在650rm左右，用來(lái)激發(fā)激光發(fā)射器5的激光接收面板6。其中，激光接收面板6接收由激光發(fā)射器1射出的激光束 4，得到感應(yīng)，用來(lái)顯示面板橫向與豎向的位移變化。
4[0026]激光接收器5通過(guò)電源適配器供電，也可用移動(dòng)電源如蓄電池、干電池等供電。在本實(shí)施例中，激光接收器5選擇市售已知的激光接收器，主要由接收面板6，水準(zhǔn)泡，數(shù)據(jù)處理芯片，通信芯片、電源配適口 8及其附加電路構(gòu)成。其中，激光接收面板6上成矩形或者存在幾何規(guī)律排列著可被觸發(fā)的光電傳感器，當(dāng)特定波長(zhǎng)的激光束4照射到激光接收面板 6上特定的傳感器，傳感器所產(chǎn)生的高電平可以被位于激光接收器5的處理芯片識(shí)別并發(fā)出數(shù)字信號(hào)，測(cè)定平面兩向的位置變化。通過(guò)位于激光接收器5的通信芯片將所發(fā)出的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置9之中。激光發(fā)射器1和激光接收器5由三腳架3支撐，數(shù)據(jù)處理裝置9通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)7 與激光接收器5連接傳輸激光接收面板2給出的信號(hào)，利用自行開(kāi)發(fā)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。激光發(fā)射器1在平面上可以用三角架4支撐，在不規(guī)則平面或者地理?xiàng)l件特殊的地方可以使用不同的固定系統(tǒng)進(jìn)行支持或支撐。在實(shí)際使用中，將激光發(fā)射器1放置在裂縫的一邊，激光接收器5放置在裂縫的另一邊(如圖2所示)。激光發(fā)射器1通過(guò)固定機(jī)構(gòu)固定牢固后，其位置不可以輕易的進(jìn)行移動(dòng)，所發(fā)出的激光束4可以被位于激光發(fā)射器1內(nèi)的感應(yīng)元件進(jìn)行接受并識(shí)別，以測(cè)定距離激光接收器5的距離。又可以使位于激光接收器5的光電傳感器進(jìn)行識(shí)別。數(shù)據(jù)處理裝置9選擇常規(guī)的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有地裂縫檢測(cè)模擬軟件，可以接收到激光發(fā)射器1所發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，模擬出裂縫隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡，輸出圖形和數(shù)據(jù)兩種形式。將激光接受面板6所發(fā)出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行模擬和還原，復(fù)原出地裂縫隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)其進(jìn)行二維的圖像輸出和數(shù)據(jù)輸出，針對(duì)不同的需要可以在兩種方式之中進(jìn)行切換。并將記錄與模擬的過(guò)程保存起來(lái)，以備檔或者進(jìn)行深層次的處理分析。計(jì)算機(jī)通過(guò)強(qiáng)大的處理終端，恢復(fù)和模擬出地裂縫隨時(shí)間的變化過(guò)程，將數(shù)據(jù)針對(duì)不同需要進(jìn)行圖形和數(shù)字形式的不同輸出。由于地裂縫變形是一種漸進(jìn)緩慢的過(guò)程，以下發(fā)明人給出對(duì)本實(shí)用新型的地裂縫三向變形測(cè)量?jī)x的一種簡(jiǎn)單而快捷的監(jiān)測(cè)模擬試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。1)模擬實(shí)驗(yàn)的原理以陜西省西安市的地裂縫為研究對(duì)象，地裂縫的活動(dòng)主要由于人為過(guò)量抽汲地下水引起的地面不均勻沉降所致，發(fā)明人想到了排水法進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。將激光發(fā)射器、激光接收器分別放置在兩個(gè)互相垂直的水槽A、B內(nèi)的臉盆中，通過(guò)向兩個(gè)互相垂直的方向( 軸) 排水，分別帶動(dòng)臉盆向^軸的“漂移”，利用因排水量的不同而造成的沉降量不同，來(lái)達(dá)到X 軸的變化。以A槽控制XY平面上的變化，以B槽水的流動(dòng)來(lái)控制TL平面上的變化，從而達(dá)到XH三向的變化，從實(shí)質(zhì)上模擬地裂縫的垂直位移、水平引張和水平錯(cuò)動(dòng)。造成地裂縫三向變形測(cè)量?jī)x三向的偏移，從而使得打在激光接收面板上的激光發(fā)生變動(dòng)，進(jìn)而測(cè)得三個(gè)方向位移的變化量。排水法模擬試驗(yàn)如下(1)選擇兩個(gè)水槽，將兩水槽都加一定量的水后，放上兩個(gè)臉盆模擬地下水以上的地面(應(yīng)選用面積較大的臉盆，這樣能保證有足夠的浮力)，再將裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x的激光發(fā)射器和激光接收器分別放入兩個(gè)臉盆中并調(diào)平，調(diào)整好臉盆的位置后，放置一段時(shí)間讓水面恢復(fù)平靜。由于水的易波動(dòng)性，需要足夠的耐心，不斷的調(diào)試以保證裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x工作在水平狀態(tài)下。[0035](2)打開(kāi)兩個(gè)水槽的排水開(kāi)關(guān)，開(kāi)始排水。(3)打開(kāi)激光發(fā)射器和激光接收器的電源，開(kāi)始工作。(4)激光發(fā)射器發(fā)射的激光束，一方面測(cè)出地裂縫的水平引張量，另一方面激發(fā)激光接收器的激光接收面板，激光接收面板感光后發(fā)出信號(hào)，同時(shí)測(cè)得地裂縫的垂直變化量
與左右錯(cuò)動(dòng)量。(5)數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)三個(gè)方向的位移量進(jìn)行整合，通過(guò)軟件畫(huà)出地裂縫的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖3所示。2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析由于實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制水的流量來(lái)模擬位移的變化，流體和土體有明顯的差異，因此難免會(huì)造成誤差。但是用水模擬實(shí)驗(yàn)，可控性比較好，可以人為的調(diào)節(jié)水的流量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，位移的變化能夠用本實(shí)用新型的地裂縫三向變形測(cè)量?jī)x展示出來(lái)，達(dá)到了預(yù)期的效果。
權(quán)利要求1.一種裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，其特征在于，由激光發(fā)射器、激光接收器、數(shù)據(jù)處理裝置組成，所述的激光發(fā)射器發(fā)射出激光束，射向激光接收器，激光接收器感光后發(fā)出信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)由數(shù)據(jù)處理裝置得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的激光接收器主要由接收面板，水準(zhǔn)泡、數(shù)據(jù)處理芯片，通信芯片、電源配適口及其附加電路構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的激光發(fā)射器和激光接收器由三角架支撐。
4.如權(quán)利要求1所述的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的激光發(fā)射器采用MYZOX發(fā)射器。
5.如權(quán)利要求1所述的裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理裝置選擇計(jì)算機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x，由激光發(fā)射器、激光接收器、數(shù)據(jù)處理裝置組成，所述的激光發(fā)射器發(fā)射出激光束，射向激光接收器，激光接收器感光后發(fā)出信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)由數(shù)據(jù)處理裝置得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。該裂縫三向變形激光測(cè)量?jī)x對(duì)裂縫同一點(diǎn)位移變形的垂直位移與張裂位移和水平錯(cuò)動(dòng)量的絕對(duì)值(三向位移變化量)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，安裝非常方便，而且裂縫測(cè)量時(shí)不存在機(jī)械力的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，超位移分級(jí)報(bào)警等功能。
文檔編號(hào)G01B11/16GK202141439SQ20112020946
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者付文舉, 關(guān)林, 施晗, 李雅軍, 李飛, 翟越, 趙紀(jì)飛, 魏泰明 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)