[发明专利]一种基于超声波原理的测点空间位移测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声波原理的测点空间位移测量装置及方法，特别涉及一种 在建筑结构耐火试验中使用非接触式的位移测量装置及方法。

背景技术

现有的测点位移采集方式，一般是使用拉线或拉杆位移传感器，通过钢丝绳或硬 性连接与测点相连，对测点的位移进行单维度的测量；即便是使用多个位移传感器和空间 位移计算方法实现了三维空间的位移测量，也无法避免测点与位移传感器之间直接物理连 接。而使用激光测距等方式，虽然可以非接触测量，但是要求测点与测量仪器之间没有遮 挡。对于建筑结构耐火试验，往往需要测试结构内部的位移，或者整个结构放置在密封的高 温试验装置中进行测试，这时通过钢丝绳等物理连接无法连接位移传感器和测点；而使用 激光测距也无法穿透障碍，因而目前的位移测量方式无法满足建筑结构耐火试验的要求； 尤其随着公安部天津消防研究所承担的公安部重点课题、目前建造中的世界最大规模的 “建筑结构组合耐火性能试验装置”的即将完工，亟需一种非接触方式的位移测量方式。

发明内容

鉴于现有位移测量装置存在的不足，本专利提供一种基于超声波原理的测点空间 位移测量装置及方法。通过超声波信号的发射和接收，配合测点空间位移测量装置，实现了 测点空间位移相关数据的采集；计算机按照空间坐标求解公式和波速计算公式对采集的数 据进行计算，求得测点的空间坐标和空间位移。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种基于超声波原理的测点空间 位移测量装置，包括计算机，其特征在于：还包括支架、超声波空间位移测量部分、波速测量 部分和接收转换部分；所述超声波空间位移测量部分，包括超声波发射模块、超声波接收主 模块、超声波接收器I、超声波接收器III；所述波速测量部分，包括波速测量模块，所述波速 测量模块包括波速测量模块接收端、波速测量模块发射端；所述接收转换部分，包括数据接 收器天线、数字信号转换模块和USB接口；所述超声波接收主模块分别与超声波接收器I、超 声波接收器III连接，超声波接收主模块、超声波接收器I、超声波接收器III分别固定在支 架上，超声波接收主模块与超声波接收器I和超声波接收器III构成等边直角三角形，超声 波接收主模块设置在直角点处；波速测量模块发射端与波速测量模块接收端连接，波速测 量模块发射端设置在支架底端；所述数字信号转换模块分别与数据接收器天线、USB接口连 接；所述超声波发射模块包括超声波发射器I、超声波发射模块信号处理器、无线电发射器、 超声波发射模块天线、电源II，所述超声波发射模块信号处理器分别与超声波发射器I无线 电发射器、电源II连接，无线电发射器与超声波发射模块天线连接；

所述超声波接收主模块包括超声波接收器II、超声波接收模块信号处理器、无线 电发射器、超声波接收模块天线、电源I，所述超声波接收模块信号处理器分别与超声波接 收器II、无线电发射器和电源I连接，无线电发射器与超声波接收模块天线连接；

所述波速测量模块接收端包括超声波接收器IV、超声波信号处理器、电源III、无 线电发射器、波速测量模块天线，所述超声波信号处理器分别与超声波接收器IV、电源III、 无线电发射器连接，无线电发射器与波速测量模块天线连接；

所述波速测量模块发射端包括超声波发射器II、超声波发射控制器，超声波发射 器II与超声波发射控制器连接。

一种基于超声波原理的测点空间位移测量的方法，其特征在于：步骤如下，

超声波空间位移测量部分用于测量测点空间位置，超声波发射模块中的超声波发 射模块信号处理器向超声波发射器I发出指令，发射超声波信号，同时超声波发射模块信号 处理器向无线电发射器发出指令，通过超声波发射模块天线发出无线电信号；超声波接收 器I和超声波接收器III，以及超声波接收主模块中的超声波接收器II接收超声波发射模块 中的超声波发射器发出的超声波信号，并将各自接收到的时间发送到超声波接收模块信号 处理器中；同时超声波接收主模块中的无线电发射器，接收通过超声波接收模块天线接收 到的、由超声波发射模块中无线电发射器发出的无线电信号，并传送到超声波接收模块信 号处理器中，超声波接收模块信号处理器将所有收集的信号进行处理，并通过无线电发射 器发射；