[发明专利]一种全天时、全自动光电式垂线坐标仪

说明书

本发明公开了一种全天时、全自动光电式垂线坐标仪，包括：光源模块、垂线、视场角控制窗口、核心电路和外围电路；其中，核心电路分别与外围电路和光源模块连接，用于控制光源模块的光源亮度；外围电路用于提供电压；垂线固定在被测建构筑上；光源模块与视场角控制窗口分别布置在垂线相对两侧，光源模块产生平行光照向垂线与视场角控制窗口的方向；垂线在平行光照射下产生阴影，通过视场角控制窗口投影在核心电路上，并被核心电路检测计算。该坐标仪采用视场角控制窗口，可有效抑制平行光中的环境背景光，提高了检测精度及全天时环境的适应能力。

技术领域

本发明涉及土木工程结构监测领域，具体涉及一种全天时、全自动光电式垂线坐标仪，适用于大型土木工程结构，如大坝、核电站反应堆安全壳、楼房、桥梁、隧道等大型建构筑物的不同高程水平位移和倾斜变形监测。

背景技术

由于受工程地质、外界条件等因素的影响，大型土木工程结构在施工和运营过程中都会产生一定的变形。通常表现为工程结构整体或局部发生倾斜、沉陷、扭曲、裂缝等，如果超出一定的限度，就会影响建构筑物的正常使用，严重的甚至威胁人的生命财产安全。因此，需要一定的技术手段对土木工程结构的变形、位移进行长时间、周期性地观测。而结构变形监测是通过技术手段对结构在各种荷载及自然力的作用下对变形体的变形大小和空间位置随时间的变化进行监测，是掌握土木工程结构工作性态的基本手段，对于保证工程项目顺利实施及安全运营具有重要意义。

结构变形监测要求观测技术满足周期性重复观测、精度要求高、非接触式测量等需求，而传统的接触式测量方式无法满足结构变形监测的要求。由于光电传感技术具备非接触测量的优势，相比传统的测量手段，还具有高分辨率与宽带宽的优点，因此，在高精度和超精密定位测量中具有广泛应用。其中，线阵CCD(电荷耦合元件)是一种广泛应用于工业监测、光谱测量等领域的重要光电传感元器件，具有光谱范围宽、体积小、重量轻、功耗低、寿命长、可靠性高等优点，已经成为目前应用最广泛的光电传感器件之一。

目前应用较为广泛的垂线坐标仪是一种基于线阵CCD光电传感技术用于测量大型建构筑物位移以及变形的测量装置。其原理是通过线阵CCD测量平行光(记为信号光)经过垂线在CCD上产生阴影的位置计算垂线的位移量。

由于线阵CCD对光信号较为敏感，因此信号光的强度需与CCD本身的光电特性进行匹配。同时，线阵CCD不仅对与测量有关的信号光敏感，同样，也容易受到与测量无关甚至对测量产生干扰的杂散光(如环境背景光)的干扰，具体表现为测量设备对环境光要求较高，需要人工调整光源亮度，通常无法满足全天时的测量需求，影响测量装置的适用性与鲁棒性。

为解决上述问题，在实际工程应用中有的采用滤光片的方式减小环境背景光的干扰，在一定程度上可以提高测量装置的适用性，但是当环境背景较强时，测量装置会出现测量误差较大的问题，依然无法满足全天时的测量需求。

因此，如何提供能够满足全天时测量需求的垂线坐标仪是本领域技术人员员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种全天时、全自动光电式垂线坐标仪，可解决环境背景光对测量装置影响的问题。

本发明实施例提供一种全天时、全自动光电式垂线坐标仪，包括：光源模块、垂线、视场角控制窗口、核心电路和外围电路；

其中，所述核心电路分别与所述外围电路和光源模块连接；所述核心电路用于控制所述光源模块的光源亮度，所述外围电路用于为所述核心电路、光源模块提供电压；

所述垂线固定在被测建构筑上；

所述光源模块与视场角控制窗口分别布置在垂线相对两侧，所述光源模块产生平行光照向所述垂线与视场角控制窗口的方向；所述垂线在平行光照射下产生阴影，通过所述视场角控制窗口投影在所述核心电路上，并被所述核心电路检测计算。

在一个实施例中，所述核心电路包括依次连接的主控电路、驱动电路和线阵CCD；