專利名稱：多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型結(jié)構(gòu)的測量技術(shù)，屬結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域，具體地涉及一種多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法及其設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)目前結(jié)構(gòu)靜態(tài)位移測試的主要測量儀表是位移計(jì)。根據(jù)不同的工作原理，位移計(jì)又分為電測位移計(jì)和機(jī)械式位移計(jì)。但這些位移計(jì)從測量方式上講都屬相對(duì)式測量，需要在被測點(diǎn)旁提供附加不動(dòng)點(diǎn)，用于固定位移計(jì)。目前國內(nèi)外對(duì)大跨橋梁、高層建筑結(jié)構(gòu)等的位移測試，由于無法在被測結(jié)構(gòu)旁提供相對(duì)于結(jié)構(gòu)變化無關(guān)的不動(dòng)點(diǎn)作參考點(diǎn)，因此對(duì)這類位移測量只能借助于采用非接觸光學(xué)測量。由于光學(xué)測量設(shè)備的分辨率和空氣折射及人為觀察誤差等影響，存在較大的測量誤差。目前即使最好的光學(xué)測試設(shè)備，在100m的距離上也僅能做到0.5mm級(jí)的測量分辨率，達(dá)不到結(jié)構(gòu)位移精密測量的目的，也使希望通過結(jié)構(gòu)位移的反演達(dá)到評(píng)判結(jié)構(gòu)的目的無法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，目前的檢測方法每次僅能解決一維的位移測量，需人為介入，速度慢，觀察目標(biāo)單一，無法達(dá)到多目標(biāo)、同步檢測的要求。對(duì)于大跨橋梁、高層建筑結(jié)構(gòu)的自振位移測試，目前主要是應(yīng)用超低頻加速度計(jì)或速度計(jì)配合二次儀表實(shí)現(xiàn)，但由于結(jié)構(gòu)自振頻率低，需要二次儀表具有極低的響應(yīng)頻率，特別是在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，誤差急劇增大。同時(shí)由于傳感器本身的自振特性影響，對(duì)測量結(jié)果帶來很大誤差，達(dá)不到精密測量的要求。因此，大型結(jié)構(gòu)的二維位移測量是目前結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域的重大技術(shù)難題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是要提供一種多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法及其設(shè)備。它解決了大型結(jié)構(gòu)多目標(biāo)二維靜、動(dòng)位移的遠(yuǎn)程測量，并同時(shí)完成結(jié)構(gòu)自振特性的測量。使測量精度比傳統(tǒng)方法有一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的提高，從而使大型結(jié)構(gòu)位移和自振特性的準(zhǔn)確測試得已實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其特征在于基準(zhǔn)單元發(fā)出特定波長的激光束到固定在被測結(jié)構(gòu)上的靶臺(tái)單元的靶面；靶臺(tái)單元攝錄所述激光束，并對(duì)所述激光束的位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將這些數(shù)字信號(hào)發(fā)送到主控機(jī)單元；主控機(jī)單元對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的位移。
按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其進(jìn)一步特征在于所述靶臺(tái)單元對(duì)由其CCD器件攝錄的所述激光束的二維平面位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理；相應(yīng)地主控機(jī)單元對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的二維位移。所述主控機(jī)單元根據(jù)不同的測量要求，輸出結(jié)構(gòu)的二維位移坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移曲線。所述主控機(jī)單元時(shí)分地接收來自多個(gè)目標(biāo)的激光束，對(duì)所接收的多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)所解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)的位移。
按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其特征在于它包括基準(zhǔn)單元，用于發(fā)出特定波長的激光束到固定在被測結(jié)構(gòu)上的靶臺(tái)單元的靶面；靶臺(tái)單元，用于攝錄所述激光束，并對(duì)所述激光束的位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將這些數(shù)字信號(hào)發(fā)送到主控機(jī)單元；主控機(jī)單元，用于對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的位移。
按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其進(jìn)一步特征在于所述靶臺(tái)單元包括CCD器件，用于攝錄所述激光束的二維平面位置和形狀，并對(duì)它們進(jìn)行數(shù)字化處理；相應(yīng)地主控機(jī)單元對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的二維位移。所述主控機(jī)單元根據(jù)不同的測量要求，輸出結(jié)構(gòu)的二維位移坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移曲線。所述主控機(jī)單元時(shí)分地接收來自多個(gè)目標(biāo)的激光束，對(duì)所接收的多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)所解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)的位移。
本發(fā)明測量時(shí)無需提供附屬固定設(shè)施，也不存在人為觀察誤差，由計(jì)算機(jī)直接控制，對(duì)多目標(biāo)結(jié)構(gòu)平面位移、動(dòng)態(tài)位移、振動(dòng)周期等一次測量完成。尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)的超低頻振動(dòng)測量精度高，不存在傳感器自振特性的影響問題。
用途它能實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁、高聳煙囪等結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)靜動(dòng)位移精確同步測量。它無需提供附屬固定設(shè)施，也不存在人為的觀察誤差，測量量程大、速度快、精度高?？蓮V泛應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)測量，大跨橋梁跨中靜、動(dòng)位移測量，高聳煙囪的風(fēng)振測試及道路，機(jī)場跑道的彎沉測量等結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域。
該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于1、它能非常精確有效地測出大型結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)二維位移而無需借助輔助固定架等設(shè)備。
2、它無需人工觀察、判讀，從根本上杜絕了人為誤差。
3、測量速度成倍提高。
4、能一次完成多目標(biāo)的測量任務(wù)。
5、能直接測量平面位移。
6、能對(duì)結(jié)構(gòu)超低頻振動(dòng)特性進(jìn)行有效直接測量，無需借助于其它物理量的轉(zhuǎn)換。測量精度成倍地提高。
7、該測試技術(shù)很好地解決了目前困擾大型結(jié)構(gòu)位移準(zhǔn)確測量的難題。為運(yùn)用位移反演求解大型結(jié)構(gòu)內(nèi)力提供了可能。
圖1是本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法及其設(shè)備的整體示意圖。
圖2是按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備中的基準(zhǔn)單元的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖3是按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備中的目標(biāo)靶臺(tái)單元的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖4是按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備中的主控機(jī)單元的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖5是按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法和設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集軟件的流程圖。
圖6是按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法和設(shè)備中的測量計(jì)算主流程圖。
圖7是按照本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法和設(shè)備中的控制流程圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述參見圖1，本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備包括三個(gè)部分基準(zhǔn)單元1，靶臺(tái)單元2，主控機(jī)單元4?；鶞?zhǔn)單元1置于離被測點(diǎn)一定距離的地面，要求地面穩(wěn)定，不受結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)位移變化的影響。靶臺(tái)單元2置于大型建筑物3的需測結(jié)構(gòu)位移的部位，其靶面對(duì)向基準(zhǔn)單元。主控機(jī)單元4可置于離被測結(jié)構(gòu)一定距離的任意區(qū)域內(nèi)，由試驗(yàn)人員操作、控制。
本發(fā)明的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法如下當(dāng)需要測試位移時(shí)，由試驗(yàn)人員通過主控機(jī)單元4操作鍵盤，啟動(dòng)控制軟件；主控機(jī)單元4發(fā)出測量命令；通過調(diào)制器和微波放大器(未顯示)，將控制命令用微波發(fā)自基準(zhǔn)單元；基準(zhǔn)單元1起動(dòng)其中的激光器(參見圖2)工作，發(fā)出特定波長的激光束到靶臺(tái)單元2的靶面；在靶臺(tái)單元2中經(jīng)過物理濾波，由CCD攝錄激光束，經(jīng)一系列數(shù)字化處理后，將激光束的平面位置和形狀用微波連續(xù)傳送到主控機(jī)單元4；主控機(jī)單元4經(jīng)過數(shù)字解調(diào)，可立即測量出結(jié)構(gòu)的二維位移；根據(jù)不同的測量要求，可輸出結(jié)構(gòu)的二維位移坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移曲線；也可根據(jù)測量需要，自動(dòng)定時(shí)測量、記錄。
圖2顯示了基準(zhǔn)單元的結(jié)構(gòu)方框圖。其中，11---為激光器(不同的測量距離選用不同性質(zhì)的激光器)；12---為光學(xué)聚焦單元；13---為恒溫單元；14---為精密穩(wěn)壓穩(wěn)流器；15---為供電單元；16---為受控單元；17---支撐固定單元；18---發(fā)射/接收天線。
激光器11采用氦-氖激光或半導(dǎo)體激光，選用的原則主要是根據(jù)距離的遠(yuǎn)近和天氣的情況決定。輸出功率從幾十毫瓦到瓦級(jí)。
在遠(yuǎn)距離測量時(shí)，無論是氦氖還是半導(dǎo)體激光都存在發(fā)散的問題，為了盡可能的增大測量的動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)盡可能的縮小光斑的尺寸，因此系統(tǒng)中引入了光學(xué)聚焦單元12，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)能保證在給定的測量距離上光斑最小。
恒溫單元13主要是解決激光器在較長時(shí)間工作時(shí)，由于溫度的上升而引起光斑強(qiáng)弱的變化。采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制冷和閉環(huán)控制技術(shù)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作。精密穩(wěn)壓穩(wěn)流單元14，通過多級(jí)反饋控制，保證給系統(tǒng)各部分的電壓不隨供電單元15的電壓下降而變化，同時(shí)保證給激光器11(氦氖激光器)的高壓能穩(wěn)定和恒流。
受控單元16主要是通過發(fā)射/接收天線18接受來自主控機(jī)4的微波控制信號(hào)，使基準(zhǔn)單元1即使在幾百米外仍能按照測量要求無線開啟和關(guān)閉，并將基準(zhǔn)單元運(yùn)行的實(shí)況參數(shù)用微波通信技術(shù)通過發(fā)射/接收天線18發(fā)到主控機(jī)4。
支撐固定單元17主要是解決基準(zhǔn)單元1固定于地面時(shí)的長期穩(wěn)定問題。
圖3顯示了目標(biāo)靶臺(tái)單元的結(jié)構(gòu)方框圖。
其中，靶面21，主要用于激光的成像。由特殊的材料復(fù)合而成。為多層狀結(jié)構(gòu)。能保證激光源在靶面有效成像，能吸收除特定波長激光以外的光線干擾，具有物理濾除散斑的功能。
光學(xué)成像單元22，由一組透鏡組成。它能保證靶面成像正確聚焦在CCD表面。同時(shí)，通過自動(dòng)光圈能大范圍的調(diào)節(jié)光通量。
精密CCD系統(tǒng)3，能將靶面影像精確攝錄。
高速A/D、編碼、壓縮和控制電路4。
數(shù)字調(diào)制發(fā)射單元5，它能將來自CCD數(shù)字信號(hào)調(diào)制后用2.4G高頻發(fā)射到空間。
控制單元6，對(duì)信號(hào)的增益、采集、調(diào)制、發(fā)射、系統(tǒng)的休眠等進(jìn)行控制；同時(shí)也負(fù)責(zé)接收處理主控機(jī)發(fā)來的控制信號(hào)。
直流電源單元7，由高性能、免維護(hù)、可充電電池組及分壓隔離電路組成?？蓪?duì)整個(gè)靶臺(tái)提供能源支持，也可直接接市電邊充電邊工作。
基座8，負(fù)責(zé)將靶臺(tái)單元精確固定在其上，并且提供固定方式和被測目標(biāo)連接。
防護(hù)罩9，能保證靶臺(tái)全天候工作。
專用微波發(fā)射/接收天線10。
圖4顯示了主控機(jī)單元的結(jié)構(gòu)方框圖。其中，信號(hào)解調(diào)單元41將來自不同目標(biāo)的圖像信息進(jìn)行解調(diào)輸出。數(shù)據(jù)變換單元42將圖像信號(hào)進(jìn)行規(guī)定格式的轉(zhuǎn)換，以便達(dá)到數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸和進(jìn)行硬件控制的目的。接口板43。通過PCI或USB接口標(biāo)準(zhǔn)，將規(guī)定格式的圖像信號(hào)傳自微機(jī)。多目標(biāo)控制單元44對(duì)所需測量目標(biāo)的控制信號(hào)進(jìn)行編碼，可同步或異步對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行測量控制。調(diào)制發(fā)射單元45將編碼控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制發(fā)射。雙工器46將天線可控地運(yùn)用于發(fā)射或接收。專用控制計(jì)算機(jī)47用于對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)字濾波、分析處理、定位計(jì)算等。輸出設(shè)備48對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)或打印輸出。
圖5顯示了數(shù)據(jù)采集軟件的流程圖。
數(shù)據(jù)采集控制分靜態(tài)數(shù)據(jù)采集和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。流程如下步驟1、采集系統(tǒng)啟動(dòng)；步驟2、采集系統(tǒng)接受控制和采集指令；步驟3、判斷是否是高精度靜態(tài)測量控制采集指令，如果是則轉(zhuǎn)入步驟4，如果不是則轉(zhuǎn)入步驟5；步驟4、進(jìn)行高分辨率靜態(tài)多次采集，采集完后轉(zhuǎn)入步驟7；步驟5、進(jìn)行動(dòng)態(tài)幀采集；步驟6、獨(dú)立存儲(chǔ)知?jiǎng)討B(tài)幀；步驟7、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和給定模式處理；步驟8、對(duì)處理后數(shù)據(jù)嵌入、輸出；步驟9、系統(tǒng)完成操作，停止運(yùn)行。
圖6顯示了數(shù)據(jù)處理的流程圖。其步驟如下步驟1、開始數(shù)據(jù)處理；步驟2、程序讀取圖像數(shù)據(jù)；步驟3、判斷是否是第一次測量，如果是則轉(zhuǎn)入步驟，如果不是則轉(zhuǎn)入步驟5；步驟4、在全圖像上探索包含有激光信息的有效區(qū)域；然后轉(zhuǎn)入步驟6；
步驟5、依據(jù)上次測量數(shù)據(jù)在局部區(qū)域探索包含有激光信息的有效區(qū)域；步驟6、判斷有效區(qū)域是否確定，如果確定轉(zhuǎn)入步驟7，如果沒有確定則轉(zhuǎn)入步驟9；步驟7、將有效區(qū)域裁切下來作為圖像處理區(qū)域；步驟8、確定裁切下的有效區(qū)域的局部坐標(biāo)；步驟9、對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理；步驟10、對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字濾波；步驟11、對(duì)圖像進(jìn)行二值處理；步驟12、計(jì)算激光光斑形心坐標(biāo)；步驟13、對(duì)處理結(jié)果以數(shù)字、圖像形式顯示出；步驟14、將結(jié)果輸出存儲(chǔ)；步驟15、數(shù)據(jù)處理完成，程序停止。
圖7顯示了控制程序的流程圖，其步驟如下步驟1、系統(tǒng)開始工作；步驟2、系統(tǒng)選擇打開第1個(gè)測量通道；步驟3、與打開通道相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)靶臺(tái)進(jìn)行就緒檢測；步驟4、判斷是否到了最后一個(gè)需測量的通道，如果是則轉(zhuǎn)入步驟6，如果不是則轉(zhuǎn)入步驟5；步驟5、選擇打開下1個(gè)需要測量的通道，并轉(zhuǎn)入步驟3；步驟6、發(fā)出開始測量指令；步驟7、選擇第1個(gè)測量通道；步驟8、開通與測量通道相應(yīng)的激光設(shè)備；步驟9、發(fā)出測量模式和控制指令進(jìn)行測量；步驟10、判斷是否到了最后1個(gè)需測量通道，如果是則轉(zhuǎn)入步驟12，如果不是則轉(zhuǎn)入步驟11；
步驟11、選擇下1個(gè)需要測量的通道進(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)入步驟8；步驟12、系統(tǒng)完成測量，停止工作。
外設(shè)控制是通過微機(jī)的串行或并行輸出口，對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行控制。在程序的給定指令下，接通或關(guān)閉相應(yīng)的外設(shè)?？刂浦噶罱?jīng)調(diào)制，加載到無線傳輸系統(tǒng)中。
工程運(yùn)用實(shí)例1(靜位移測量)運(yùn)用該項(xiàng)發(fā)明技術(shù)，于二000年十月八日至十日對(duì)重慶綦江新虹橋進(jìn)行竣工結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)。該橋?yàn)殇摻罨炷链罂缛诵泄皹?，設(shè)計(jì)荷載為35kN/m2。達(dá)到設(shè)計(jì)最大荷載時(shí)，拱頂設(shè)計(jì)撓度不大于7mm。試驗(yàn)分為5級(jí)加載，每級(jí)荷載下跨中垂直撓度小于2mm。用現(xiàn)有的測試技術(shù)無法達(dá)到測量目的。本次試驗(yàn)采取了運(yùn)用該項(xiàng)發(fā)明技術(shù)研制的“WYC-I多目標(biāo)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程位移測量系統(tǒng)”。實(shí)測結(jié)果如表1。結(jié)果表明運(yùn)用本發(fā)明得到了很好的測量結(jié)果。同時(shí)一次給出了結(jié)構(gòu)多部位的二維位移，這是傳統(tǒng)測量方法無法解決和比擬的。
綦江新彩虹橋位移測量結(jié)果表1一、偏載位移情況(位移單位是mm，荷載單位是KN/M，X方向以橋向下運(yùn)動(dòng)為正，Y方向以橋向上游偏移為正)東1/4跨，1通道X方向位移x＝0 -1.687 -2.558 -3.162 -3.324 -3.442 -1.199 -0.132p＝0 1.000 2.000 3.000 3.500 4.000 2.000 0.000東1/4跨，1通道Y方向位移y＝0 3.994 5.972 9.385 11.740 15.193 9.551 0.156p＝0 1.000 2.000 3.000 3.500 4.000 2.000 0.000西1/4跨，2通道X方向位移x＝0 1.616 1.865 2.825 3.607 4.167 2.104 0.205p＝0 1.000 2.000 3.000 3.500 4.000 2.000 0.000西1/4跨，2通道Y方向位移y＝0 0.007 0.329 0.620 0.646 0.732 0.207 -0.107p＝0 1.000 2.000 3.000 3.500 4.000 2.000 0.0001/2跨，3通道X方向位移x＝0 1.489 2.567 3.183 3.782 4.571 1.895 0.064p＝0 1.000 2.000 3.000 3.500 4.000 2.000 0.0001/2跨，3通道Y方向位移y＝0 -3.475 -5.359 -7.835 -9.441 -11.763 -7.079 0.156p＝0 1.000 2.000 3.000 3.500 4.000 2.000 0.000二、全載位移情況東1/4跨，1通道X方向位移x＝02.3972.5153.668 2.002 0.035p＝01.3302.6704.000 2.000 0.000東1/4跨，1通道Y方向位移y＝00.9583.2546.119 2.562 0.119p＝01.3302.6704.000 2.000 0.000西1/4跨，2通道X方向位移x＝0-0.959 -1.820 -2.187 -1.451 -0.099p＝0 1.3302.6704.000 2.000 0.000西1/4跨，2通道Y方向位移y＝0-0.373 -1.754-2.864 -0.759 -0.082p＝0 1.330 2.670 4.000 2.000 0.0001/2跨，3通道X方向位移x＝0 2.233 5.316 6.792 3.677 0.027p＝0 1.330 2.670 4.000 2.000 0.0001/2跨，3通道Y方向位移y＝0-1.017 -4.712-10.692 -6.645 0.045p＝0 1.330 2.670 4.000 2.000 0.000工程運(yùn)用實(shí)例2(結(jié)構(gòu)自振特性測量)
運(yùn)用該項(xiàng)發(fā)明技術(shù)，于二00一年一月十六日至十九日對(duì)重慶三江公路橋進(jìn)行靜、動(dòng)荷載試驗(yàn)。本次試驗(yàn)采取了運(yùn)用該項(xiàng)發(fā)明技術(shù)研制的“WYC-I多目標(biāo)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程位移測量系統(tǒng)”。實(shí)測結(jié)果如表2。測試結(jié)果和理論計(jì)算具有很好的吻合程度，完全滿足試驗(yàn)要求。其精度是傳統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)無法達(dá)到的。
三江大橋動(dòng)力試驗(yàn)測試結(jié)果(動(dòng)撓度時(shí)程曲線)參見圖8。
結(jié)構(gòu)物的阻尼特性用對(duì)數(shù)衰減率或阻尼比來表示，采用峰到峰的測量方法比較方便，而且準(zhǔn)確度高。若對(duì)數(shù)衰減率為λ，則λ=2·1klnanan+1=2klnanan+k]]>或λ=4.6052·1kloganan+1]]>阻尼比ξ=γ2π]]>式中，是第n個(gè)波的峰峰值，是第n+k個(gè)波的峰峰值，是對(duì)數(shù)衰減率，ξ是阻尼比。
上圖經(jīng)處理可計(jì)算得到三江大橋的自振特性為阻尼比λ＝0.615，ξ＝0.098 自振周期T＝0.57s
權(quán)利要求
1.一種多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其特征在于基準(zhǔn)單元(1)發(fā)出特定波長的激光束到固定在被測結(jié)構(gòu)上的靶臺(tái)單元(2)的靶面；靶臺(tái)單元(2)攝錄所述激光束，并對(duì)所述激光束的位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將這些數(shù)字信號(hào)發(fā)送到主控機(jī)單元(4)；主控機(jī)單元(4)對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的位移。
2.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其特征在于所述靶臺(tái)單元(2)對(duì)由其CCD器件攝錄的所述激光束的二維平面位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理；相應(yīng)地主控機(jī)單元(4)對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的二維位移。
3.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其特征在于所述主控機(jī)單元(4)根據(jù)不同的測量要求，輸出結(jié)構(gòu)的二維位移坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移曲線。
4.按照權(quán)利要求1和2所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其特征在于所述主控機(jī)單元(4)時(shí)分地接收來自多個(gè)目標(biāo)的激光束，對(duì)所接收的多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)所解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)的位移。
5.按照權(quán)利要求1和2所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法，其特征在于當(dāng)需要測試位移時(shí)，啟動(dòng)主控機(jī)單元(4)中的控制軟件；主控機(jī)單元(4)發(fā)出測量命令；通過調(diào)制器和微波放大器，將控制命令用微波發(fā)到基準(zhǔn)單元。
6.一種多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其特征在于它包括基準(zhǔn)單元(1)，用于發(fā)出特定波長的激光束到固定在被測結(jié)構(gòu)上的靶臺(tái)單元(2)的靶面；靶臺(tái)單元(2)，用于攝錄所述激光束，并對(duì)所述激光束的位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將這些數(shù)字信號(hào)發(fā)送到主控機(jī)單元(4)；主控機(jī)單元(4)，用于對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的位移。
7.按照權(quán)利要求5所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其特征在于所述靶臺(tái)單元(2)包括CCD器件，用于攝錄所述激光束的二維平面位置和形狀，并對(duì)它們進(jìn)行數(shù)字化處理；相應(yīng)地主控機(jī)單元(4)對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的二維位移。
8.按照權(quán)利要求5所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其特征在于所述主控機(jī)單元(4)根據(jù)不同的測量要求，輸出結(jié)構(gòu)的二維位移坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移曲線。
9.按照權(quán)利要求5和6的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其特征在于所述主控機(jī)單元(4)時(shí)分地接收來自多個(gè)目標(biāo)的激光束，對(duì)所接收的多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)所解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)的位移。
10.按照權(quán)利要求5和6所述的多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量設(shè)備，其特征在于當(dāng)需要測試位移時(shí)，啟動(dòng)主控機(jī)單元(4)中的控制軟件；主控機(jī)單元(4)發(fā)出測量命令；通過調(diào)制器和微波放大器，將控制命令用微波發(fā)到基準(zhǔn)單元。
全文摘要
一種多目標(biāo)大型結(jié)構(gòu)二維位移遠(yuǎn)程測量方法及其設(shè)備,其特征在于:基準(zhǔn)單元1發(fā)出特定波長的激光束到固定在被測結(jié)構(gòu)上的靶臺(tái)單元2的靶面;靶臺(tái)單元2用其中的CCD器件攝錄所述激光束,并對(duì)所述激光束的二維位置和形狀進(jìn)行數(shù)字化處理,然后將這些數(shù)字信號(hào)用微波傳送到主控機(jī)單元4;主控機(jī)單元4對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào),并根據(jù)解調(diào)的數(shù)字信號(hào)計(jì)算出所述結(jié)構(gòu)的二維位移。
文檔編號(hào)G01C15/00GK1346966SQ01129069
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2001年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者程華 申請(qǐng)人:程華