基于激光测距仪的巷道变形测量装置设计
基于激光测距仪的巷道变形测量装置设计
作者:李云生
巷道变形检测是建筑安全检测的重要内容之一,数字摄影测量因其具有非接触测量、测量速度快、对生产影响小等特点,用于巷道变形测量有无可比拟的优势。现有的用于巷道变形的测量装置,测量的精度较低,尤其是在巷道这种危险性较高的场所,即使是细微的变化,造成的影响也是很大的,一旦误差过大就很容易造成安全隐患。而且现有的用于测量细微巷道型变得设备,由于很少采用固定安装的支撑结构,所以稳定性较差,测量的误差也就比较大,现有的测量设备,没有能够直观显示测量结果的装置,使用起来较为麻烦。本研究设计了一种基于激光测距仪的巷道变形测量装置。总的来说,本实用新型巷道变形测量装置结构简单,测量所得数据误差小,适合推广使用。
1、系统组成
1.1系统结构
激光测距系统是由STM32单片机、发射电路、检测电路和高速计时芯片FPGA组成。系统以STM32单片机为核心,发射高电平为激光信号给高速计时芯片FPGA,各部分数据协调工作。FPGA收到激光信号后计时器清零并发送激光,同时计数器开始计时。窄激光脉冲经过高电压发射电路后,激光脉冲峰值由原来电压变为高压,可以适应更长巷道的测量。激光脉冲在空气中传播后返回到激光脉冲检测电路,FPGA收到计时结束信号,计数器停止计时。同时,FGPA对接收到的激光脉冲信号高点压时,STM32单片机计算巷道变形测量结果。
1.2激光脉冲计数
发射激光脉冲同时接收端开始接收激光脉冲,对波形进行高速采样,将模拟信号转换为数字信号进行储存计算,这样就可以得到返回的波形的信息。结合STM32采样频率为10MHz,根据公式计算出两个墙面平直点与峰值凸起点之间的距离,当激光马赐鸿回波峰值在两个采样点之间时,则取不到精确的距离,如果提高采样频率,则会减小误差。
2、技术方案设计
本研究设计的实用新型测量装置技术方案如下:一种基于激光测距仪的巷道变形测量装置,包括外壳和支撑台,外壳的左上侧外表面设有显示器,外壳的左下侧设有控制器,控制器的右侧设有蓄电池,蓄电池与控制器电连接,外壳的右下侧设有激光发射器,外壳的右侧对应激光发射器设有透光孔,激光发射器的上部设有激光接收器,激光发射器和激光接收器均与控制器电连接,激光接收器的外侧连接有进光罩,外壳的底部安装有支撑台。外壳的右上侧设有进风口,进风口的内侧设有风机,外壳的左侧留有出风口。支撑台为圆片结构,支撑台的下侧连接有支架,支架有3组,且每组支架的下侧均固定连接有支架片。
3、实验结果
为了验证基于激光测距仪的巷道变形测量装置的性能,在试验过程中进行了多次实验,采用激光测距仪分别对10米,50米,100米和200米巷道进行多次测量,得到结果。变形绝对误差在24mm,但是相对于上百米甚至上千米的巷道来说还是很准确的,为了进一步提高精确度,采取测量多次求平均值的方法提高测量精确度。
4、结束语
此基于激光测距仪的巷道变形测量装置结构简单,通过加入显示器结构,能够直接的将测量结果显示出来,便于测量人员对数据进行计算,通过加入激光发射器和激光接收器结构,能够对航道的侧壁进行实时的检测,并将数据进行收集汇总,通过加入支撑台结构,能够稳定的安放测量设备,从而确保设备不会发生偏移,增加了增量结果的准确性。通过实时的实验操作结果表明,测量10、50、100和200米的不同长度的巷道变形过程中,变形处的测距误差在0.3m以内,测量所得数据误差小,适合推广使用。
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