[发明专利]一种光学微位移测量系统

说明书

本发明公开了一种光学微位移测量系统，被测物体通过连接杆与激光管相连，激光管与被测物体有相同的位移；若激光管发出的光经透镜系统形成光点只打在光电二极管阵列上某个光电二级管上，激光管的位置与光电二极管阵列中光点位置对应，即与受光二极管的序号对应。当打在光电二极管阵列的光斑可能覆盖多个二极管时，根据光电二极管阵列上激光强度分布，可设想一个等效光电二极管，其序号可为非整数，对应的输出电压是V_∑，对加法器输出的贡献等于全部受光二极管输出V₁…V_i…V_n贡献的总和。等效光电二极管的序号表示光电二极管阵列全部受光二极管的重心位置，重心位置与光电二极管阵列上激光强度分布有关，与光照强度、传播衰减无关。

技术领域

本发明属于测量仪器领域，涉及一种光学微位移测量系统。

背景技术

大型水库的库岸边坡，山区公路、铁路边坡有危岩、滑坡、地裂等地质灾害。这些灾害发生前，相关地面先要发生微位移。桥梁、大坝、摩天大楼等大型建筑在使用中会发生微位移、微变形。这些微小变化直接影响建筑物的安全。微位移测量是危险报警的主要监测手段。

专利ZL20031011925.9“一种微位移测量技术”得到很好应用，但当测量距离增大时，接收信号衰减很快，例如距离增大10倍，同等条件下角反射器反射回来的信号就要减弱10000 倍。这时角反射器和天线尺寸或发射功率都需很大，这限制其应用。专利ZL201310067245.1 “远距离微位移测量技术”克服了上述问题，用相干有源反射器代替角反射器，可测量上万公里外物体的微位移。

但上述两种微位移测量技术都基于微波比相测距，要求微位移方向与观测方向基本一致，否则对微位移的感测灵敏度降低。这限制了某些应用，例如：对跨江大桥，要测量汽车在桥面产生的垂直微位移，不能够将微位移测量仪放在江面，而只能放在桥墩上。这时微位移方向与观测方向不一致，近似垂直，不能用微波比相精密测距。又如：测量拦河大坝的微位移，大坝下游是河流，我们只能在大坝两端测量，这时微位移方向与观测方向不一致，近似垂直，不能用微波比相精密测距。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光学微位移测量系统。

如图1所示，被测物体1通过连接杆与激光管2相连，2便与1有相同的位移，设它们的位移范围为d；2发出的光经透镜系统3形成光点打在光电二极管阵列4的某个光电二极管上，2的位置与光电二极管阵列中光点位置对应，即与受光二极管的序号对应。输出电路5根据序号给出代表位置数据的电压。这种简单的设计实际中要解决两个问题：a、虽然被测物体微位移位置与受光二极管序号一一对应，但激光传播衰减受大气能见度影响很大，在同样被测物体位置与对应受光二极管序号下，天气不同到达4的激光强度不同，输出电路的输出电压不同，不能表示位置。b、打在光电二极管阵列的光斑可能覆盖多个二极管，即多个二极管受光。输出电路仍应输出表示被测物体位移的电压。简单一看，可设置一个门限电压，选择输出电压最大的受光二极管序号代表被测物体位移。但到达光电二极管阵列的激光强度，从而光电二极管输出电压，随大气能见度变化而变化。这一门限电压难选择，须随大气能见度变化而变化。另外在低信噪比的情况下，很难区分输出最大和次大的受光二极管。为此，提出图2所示数据处理电路。