專利名稱：測量三維空間的超聲波和激光系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及了一種測量三維空間的系統，特別是涉及了一種用于測量有水河床的三維空間地形的超聲波和激光系統。
背景技術：
早在上個世紀60年代，國內外的一些大專院校和研究所就已經結合當時先進的光電技術開展關于河工模型地形測量儀方面的研制，采用的技術路線包括電阻式、超聲波式、光電對射式和激光等。這些方法在測量方式上脫離了人工逐點進行測量的方式，而采用沿斷面跟蹤地形的測量方式，提高了測量速度和精度。不足之處是這些測量方式仍然是接觸式測量，對地形造成一定的破壞，影響了后繼的試驗。而且，測量受水的渾濁度的影響，經常會出錯。
本發明的發明目的是克服上述的缺陷，而提供一種自動化程度高、省時、省力的測量三維空間的超聲波和激光系統。
發明內容
為了完成本發明的發明目的，本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統包括一臺計算機、在所測量的河道上橫跨河道架設的橫向導軌、在橫向導軌的一端固定的激光測距儀、在橫向導軌的另一端固定的步進電機和在橫向導軌上滑動的測車，步進電機通過鋼索帶動測車在橫向導軌上橫向滑動，測車上裝有一個可上下滑動的超聲傳感器升降桿，超聲傳感器升降桿的一端浸入水中，在該端裝有水下超聲傳感器探頭，超聲傳感器升降桿的中部裝有水上超聲傳感器探頭，水上和水下超聲傳感器探頭、步進電機和激光測距儀分別與上述計算機相連。
本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其中所述水下超聲傳感器探頭的外側裝有保護筒，保護筒的下側裝有兩個限位開關。
本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其中所述水上超聲傳感器探頭位于水面和橫向導軌之間，它暴露在空氣中。
本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其中所述水上和水下超聲傳感器探頭都是由超聲波接收器和超聲波發生器組成。
本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其中所述保護筒為塑料。
本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其中所述步進電機和激光測距儀上分別裝有滑輪，所述鋼索繞過兩個滑輪，所述測車與鋼索的一點或兩點相連。
本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其中該系統還包括沿著河道架設的縱向導軌，橫向導軌在縱向導軌上行進。
本發明的測量三維空間的超聲波和激光系統精度高、耗時短，該系統利用超聲測距與激光測距各自的優點，將兩者有機地結合在一起，并通過測量水面的探頭和測量河床的探頭的組合及主程序中特殊的算法校正后，系統可以精確記錄水平坐標點和其對應的垂直高程，一個5米長的斷面，測量100個點，僅用1分鐘即可完成，極大地縮短了測量的時間，并且該系統外部結構簡單，便于移動。
圖1是本發明測量三維空間的超聲波和激光系統示意圖。
圖2是本發明中的測車、兩個滑輪和鋼索連接關系的一個實施例的俯視圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，它包括一臺計算機4、在所測量的河道上橫跨河道架設的橫向導軌3、在橫向導軌3的一端固定的激光測距儀5、在橫向導軌3的另一端固定的步進電機10和在橫向導軌3上滑動的測車1，步進電機10通過鋼索12帶動測車1在橫向導軌3上橫向滑動，步進電機10和激光測距儀5上分別裝有滑輪11，鋼索12繞過兩個滑輪11，測車1可以與鋼索12前、后、左或右的一點或兩點相連，當然也可以如圖2所示，測車1與鋼索12的前后兩點相連。本系統可以只包括橫向導軌3，也可以包括橫跨河道的橫向導軌3和沿著河道架設的縱向導軌9，橫向導軌3在縱向導軌9上行進。測車1上裝有一個可以上下滑動的超聲傳感器升降桿2，它的一端浸入水中，該端裝有水下超聲傳感器探頭6，該水下超聲傳感器探頭6的外側裝有塑料保護筒8，筒保護筒8的下側裝有兩個限位開關7，另外，在超聲傳感器升降桿2的中部裝有水上超聲傳感器探頭6A，該探頭6A一般來說距水面有一距離。超聲傳感器探頭6，6A、步進電機1和激光測距儀5分別與計算機4相連。超聲傳感器探頭6，6A由超聲波接收器和超聲波發生器組成。
工作原理將橫向導軌3橫跨地架設在河道上，激光測距儀5固定在橫向導軌3的一端，步進電機10固定在橫向導軌3的另一端，將測車1放置在橫向導軌3上，通過滑輪11和鋼纜12步進電機10帶動測車1在橫向導軌3上滑動，因為測車1、橫向導軌3、超聲傳感器升降桿2、超聲傳感器探頭6和鋼索12的自重，測車在橫向軌道3上的行進過程中，勢必要引起橫向導軌3向下的彎曲變形，因此超聲傳感器升降桿2上裝有兩個超聲傳感器，其中一個水下超聲傳感器探頭6裝在升降桿2的一端浸入水中，測量水下地形與探頭的間距，該超聲傳感器探頭6的外側裝有塑料保護筒8，保護筒8的下側裝有兩個限位開關7，將保護筒8的一半放置在河水中，保護筒8是為了有效地消除超聲測量的盲區，同時防止水中的污泥和雜物附著在傳感器探頭6上，另一個水上超聲傳感器探頭6A裝在超聲傳感器的中部，暴露在空氣中，測量其與水面的間距。水下超聲傳感器探頭6、水上超聲傳感器探頭6A、步進電機10和激光測距儀5分別與計算機4相連，計算機4向步進電機10發出信號，命令步進電機10行走一預定的距離，步進電機10接到該命令后通過鋼索12拖動測車1行走一距離后，固定在橫向導軌3一端的激光測距儀5發射出激光來檢測測車1行走的實際距離，即圖1在X方向的坐標，并將所測得的X方向的坐標傳送給計算機4，同時，浸在水中的水下超聲傳感器探頭6向水下發射超聲波，并且接收從河床反射回來的超聲波來探測水下的河床在圖1的Y方向坐標，并將所測得Y方向的坐標傳送給計算機4，而在橫向導軌3和水面之間的水上超聲傳感器探頭6A向水面發射超聲波，并且接收從水面反射回來的超聲波來探測該探頭6A與水面之間的距離，并將所測得距離傳送給計算機4，在水面和橫向導軌3之間的水上超聲傳感器探頭6A來矯正由于橫向導軌3的彎曲而引起的浸在水中的水下超聲傳感器探頭6所測得Y方向的坐標的誤差，因此得到河床在該斷面一個點的準確位置。保護筒8在隨測車1行進過程中如果碰上障礙物，將會觸發限位開關7斷開步進電機10的電源，自動停止測車的行走，避免碰撞障礙物，待人工將超聲傳感器升降桿2提起、推動測車1繞開障礙物并將限位開關7復位后，步進電機10繼續帶動測車1沿著橫向導軌3移動。隨著測車1沿著橫向導軌3不斷的移動，系統測出該斷面不同點準確的位置，將這些點連成曲線，就可以得出該斷面的圖形，若系統只有導橫向導軌3，那么在測完該端面后，人工移動橫向導軌3，將其放置在河道的不同位置，重復上述測量步驟，就可以測出與圖1的Z軸方向相應斷面的圖形，按照上述方法，可以測出多個斷面的圖形，將多個斷面的圖形組合后，可以得到整個河道的三維立體圖形。若系統包括橫向導軌3和縱向導軌9，那么在測完一個斷面的圖形后，只需將橫向導軌3沿著縱向導軌9移動一預定的距離，就可以測量下一斷面，以此類推，可得到整個河道的三維立體圖形。
以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發明的精神的情況下，本發明可以作任何形式的修改。
權利要求
1.一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于它包括一臺計算機(4)、在所測量的河道上橫跨河道架設的橫向導軌(3)、在橫向導軌(3)的一端固定的激光測距儀(5)、在橫向導軌(3)的另一端固定的步進電機(10)和在橫向導軌(3)上滑動的測車(1)，步進電機(10)通過鋼索(12)帶動測車(1)在橫向導軌(3)上橫向滑動，測車(1)上裝有一個可上下滑動的超聲傳感器升降桿(2)，超聲傳感器升降桿(2)的一端浸入水中，在該端裝有水下超聲傳感器探頭(6)，在超聲傳感器升降桿(2)的中部裝有水上超聲傳感器探頭(6A)，水下超聲傳感器探頭(6)、水上超聲傳感器探頭(6A)、步進電機(1)和激光測距儀(5)分別與上述計算機(4)相連。
2.如權利要求1所述的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于所述水下超聲傳感器探頭(6)的外側裝有保護筒(8)，保護筒(8)的下側裝有兩個限位開關(7)。
3.如權利要求2所述的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于所述水上超聲傳感器探頭(6A)位于水面和橫向導軌(3)之間，它暴露在空氣中。
4.如權利要3所述的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于所述超聲傳感器探頭(6，6A)由超聲波接收器和超聲波發生器組成。
5.如權利要求4所述的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于所述保護筒(8)為塑料筒。
6.如權利要求5所述的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于所述步進電機(10)和激光測距儀(5)上分別裝有滑輪(11)，所述鋼索(12)繞過兩個滑輪(11)，所述測車(1)與鋼索(12)的一點或兩點相連。
7.如權利要求6所述的一種測量三維空間的超聲波和激光系統，其特征在于該系統還包括沿著河道架設的縱向導軌(9)，橫向導軌(3)在縱向導軌(9)上行進。
全文摘要
本發明涉及了一種測量三維空間的超聲波和激光系統，它包括一臺計算機、在所測量的河道上橫跨河道架設的橫向導軌、在橫向導軌的一端固定的激光測距儀、在橫向導軌的另一端固定的步進電機和在橫向導軌上滑動的測車，步進電機通過鋼索帶動測車在橫向導軌上橫向滑動，測車上裝有一個可上下滑動的超聲傳感器升降桿，超聲傳感器升降桿的一端浸入河水中，該端裝有水下超聲傳感器探頭，超聲傳感器升降桿的中部裝有水上超聲傳感器，水上和水下超聲傳感器探頭、步進電機和激光測距儀分別與上述計算機相連，該系統利用超聲測距與激光測距各自的優點，將兩者有機地結合在一起，極大地縮短了測量的時間，并且該系統外部結構簡單，便于移動。
文檔編號G01B11/00GK1731088SQ20051009049
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月17日 優先權日2005年8月17日
發明者曲兆松 申請人:曲兆松