[发明专利]一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法

权利要求书

1.一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于：包括有掘进机(8)、激光发射器(1)、激光探测标靶(2)、单片机(3)、后续连接电路(4)、双轴倾角传感器(5)、输出接口(6)、光敏探测元件(7)和激光探测标靶板(9)。

――激光发射器(1)，该激光发射器发出扇形激光束，以在激光探测标靶(2)上形成线形光斑；

――激光探测标靶(2)，由多个光敏探测元件(7)单排无间隔依次紧密布列在电路板上组成，可用于感应线形光斑并产生电信号，板上具有刻度标识来方便直观读数，激光探测标靶(2)表面有防尘保护隔层可用以保护光敏探测元件(7)；

――后续连接电路(4)和单片机(3)，用于处理激光探测标靶(2)产生的电信号，计算得到线形光斑在竖直放置的激光探测标靶(2)上距离标定零点的偏距位移，当激光探测标靶板(9)横向平铺放置时，由光敏探测元件(7)点阵组成的激光探测标靶板(9)感应出线形光斑的横向、纵向位移并产生电信号，通过单片机(3)简单计算则可知道掘进机(8)机身的航向偏角参数；

――双轴倾角传感器(5)，安装在掘进机(8)机身上，用于测量掘进机的俯仰角和翻滚角的位姿参数；

――输出接口(6)，用于把激光光斑位置数据传输至其它设备；

――激光探测标靶板(9)，由光敏探测元件(7)点阵无间隔依次布满电路板组成，用于感应线形光斑并产生电信号，板上具有横纵向的刻度标识来方便直观读数，激光探测标靶板(9)表面有防尘保护隔层可用以保护光敏探测元件(7)；

其中，激光探测标靶(2)通过后续连接电路(4)与单片机(3)相连接，该单片机(3)与输出接口(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的激光发射器(1)发出扇形激光束，可在激光探测标靶(2)或激光探测标靶板(9)上形成线形光斑，激光束有效射程距离为150米。

3.根据权利要求1所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的激光探测标靶(2)由多个光敏探测元件(7)单层排阵列在电路板上所组成，光敏探测元件(7)之间紧密排列，激光探测标靶(2)中心具有标定零点，每隔10毫米有距离标尺以方便直观读数。

4.根据权利要求1所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的激光探测标靶板(9)由光敏探测元件(7)点阵布满在电路板上所组成，光敏探测元件(7)之间无间隔紧密排列，激光探测标靶板(9)具有横、纵向刻度标定，每隔10毫米有距离标尺以方便直观读数。

5.根据权利要求4所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的激光探测标靶(2)，每个光敏探测元件(7)都有对应的唯一的逻辑通道编号，用以相互区分通讯信号。

6.根据权利要求1-5所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的激光探测标靶(2)或激光探测标靶板(9)均为单个使用，满足测量精度需求。

7.根据权利要求1-6所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的激光探测标靶(2)与激光探测标靶板(9)对激光线形光斑位置识别误差小于5毫米。

8.根据权利要求4-5所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，其特征在于其中所述的光敏探测元件(7)对光强的选择是当光强小于35勒克斯时，激光探测标靶(2)或激光探测标靶板(9)不感应产生电流，此时处于关闭状态；当光强大于35勒克斯时，激光探测标靶(2)或激光探测标靶板(9)感应产生电流，并随着光强的增大，电流增大，当电流增大到20毫安时就会保持这个值而不再增大，在这个过程中，激光探测标靶(2)或激光探测标靶板(9)为打开状态。

9.根据权利要求1-8所述的一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法。其特征在于其中所述的激光探测标靶(2)与激光探测标靶板(9)通过寄存器和定时器来保存数据和设定保存时间，然后不断替换保存当前下一次的数据，以保证所需的数据采集时间；另外，该数据保持功能可以防止因掘进机(8)机身的抖动而产生的数据干扰，保证数据的稳定性。