[发明专利]测量大形物体形变位移量的方法及测量系统

说明书

本发明属于工程测量及其装置领域，尤其适用于大坝位移式变化的安全监测。

国内外对于大坝变形监测采用了多种方法，如电容式传感器测量方法、电感式传感器测量方法、步进电机光耦检测、真空管激光束化引张线测量方法等等。这些方法都在观测现场设置电子元件组成的系统，将位移量变换为电信号，经放大后通过信号传输电缆传往中心监测室进行后续处理，但电子系统和信号传输电缆在高湿、高温或低温、电磁场干扰等恶劣环境的监测现场故障发生率较高，工作寿命较短，难以胜任长期自动监测的任务。

本发明的目的在于将待测点的位移量以光学参量表示，并通过光缆传输到脱离现场的监测中心后再进行处理，因而避免在监测现场布设易受干扰的电子系统，提供一种适应恶劣环境影响，顺利完成长期自动监测任务的测量方法及实用测量系统。

为实现本发明的目的，本发明测量大型物体形变位移采取的方法是：

(1)将模板固定于被测点支墩，模板上横过空间位置固定的引张线，模板和引张线位于耦合镜对之间，模板和引张线相对位置构成模板模式；

(2)激光器发出红外光束，经输出光缆到达观测廊道的被测点部位光纤传感器入口，通过耦合镜对的准直镜形成平行光束射向模板与引张线；

(3)载有模板模式信息的返回光束经耦合镜对的接收镜耦合进返回光缆，进入监测中心；

(4)返回光束在监测中心经光电变换成为电信号，再经模数转换成为数字信号；

(5)所述数字信号对应的模板模式，经信号分析，解释出该模板模式所对应的被测点位置信息；

(6)重复步骤(2)-(5)，得到被测点不同位置，从而解出被测点的位移。

本发明的方法用于二维测量时，模板置于不同向的二对或二对以上耦合镜之间。

实施本发明测量方法的测量系统，由激光器、输出光缆、光纤传感器、返回光缆、光电变换器和信号处理器构成。①激光器发出红外光束，通过输出光缆送到光纤传感器；②光纤传感器包括耦合镜对及其驱动装置、模板、引张线，耦合镜对由相互隔开的准直镜和接收镜组成，耦合镜对与其驱动装置固连，在驱动作用下相对于模板及引张线运动，驱动装置可为220伏电流直接驱动型设备，模板上镂有孔洞，位于所述耦合镜对之间，引张线位于模板与准直镜或接收镜之间；③所述接收镜通过返回光缆将光信号送往光电变换器；④光电变换器输出电信号到信号处理器，信号处理器包括模数转换模块和采样模块，其运行可由计算机控制。

本发明测量系统所使用的模板可为零维、一维或二维形式，零维模板为中空仅余边框的模板，一维模板上具有多个一维排列的孔洞，二维模板上具有阵列式排布的孔洞。

本发明测量系统所使用的耦合镜对可为一对也可为多对，耦合镜对与模板可为正交位亦可为斜交位。

当作二维测量时，本发明测量系统可采用零维模板，所采用的耦合镜对可为二对或二对以上。

本发明测量方法和测量系统的光纤传感器构成简单，不包括任何电子学系统，对被测点部位的高温、高湿、低温，兼有或仅有电磁场影响等恶劣环境有很好的适应能力，注入输出光缆的红外激光强度可调节，即使传感器所处部位发生浓雾，承载信息的光束依然可以正常通过模板区域并返回到监测中心，整个系统传输的信号载体是光、传输线是光缆，具有极好的抗干扰能力。测量系统可以达到很高的测量精度。系统采用的主要元器件都是成熟产品，具有优良的性能价格比和长的运行寿命。本发明可以用于空间任一方位的监测，也可以同时监测两个方位的移动，不仅适合于大坝位移性变化测量，也适合于地壳形度、工程建筑物形变、大型物体形变等类似情况的位移性变化测量。

图1为本发明测量系统框图。

图2为本发明模板的实例例。

现结合附图说明本发明的实施情况。激光器1可以是功率300UW的半导体激光器，发射红外光功率与被测点现场的传输距离有关，输出光缆2和返回光缆3长度可为数百米甚至1千米以上，构成耦合镜对的准直镜4和接收镜5相互隔开数十毫米，位于耦合镜对之间的模板6和引张线7均由低膨胀系数的材料构成，如优质不锈钢，耦合镜对驱动装置可以是220伏的电机或螺线管装置。

载有模板模式信息的返回光束经光电变换器8和信号处理器9成为数字信号，并由计算机控制解读出被测点位置和位移，计算机可采用386微机或其他PC机。计算机以数字输出或曲线输出的方式给出被测点位移量，也可以用通讯方式输送到更高一级测控中心。图2表示模板的几种实施情况，图中6.0为零维模板，6.1为一维模板，6.2为二维模板，模板上A处为镂空孔洞。