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,测量的精度较低六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形变的设备,由于很少采用固定安装的支撑结构囝,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,使用起来较为麻烦罔。本研究是一种基于激光测距仪的巷道变形测量装置。总的来说,这个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、脉冲发射电路、脉冲检测电路和高速计时芯片FPGA组成。
系统以STM32单片机为核心,发射高电平为激光脉冲信号给高速计时芯片FPCA圈,各部分数据协调工作。FPCA收到激光脉冲信号后计时器清零并发送脉宽在0 ·02us以上并且宽度可调的窄激光脉冲,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对接收机到的激光脉冲信号高电压时, 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阋。高速采样值保存在数组中,求的返回的激光脉冲最大值与最小值位置分别为M与Mb。由STM32的采样频率歹,可得到接收到脉冲的时间其中“为激光脉冲传播速度,以光速为标准。结合 STM32采样频率为10 MHz,根据公式计算出两个墙面平值点与峰值凸起点之间的距离,当激光脉冲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
2· 1方案设计
本研究设计的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。支架设有3组,且每组支架的下侧均固定连接有支架片。
2·2具体实施
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,显示器能够对收集到的数据进行直观的显示,便于测量人员进行检测,外壳1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进风口与出风口构成了一个小的空气循环系统,便于对设备内部进行通风散热,避免长时间的运行,产生高温对设备造成损坏,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,激光接收器用的外侧连接有进光罩,进光罩能够对反射的激光束进行收集并传输到激光接收器,外壳的底部安装有支撑,支撑台为圆片结构,支撑台能够稳定的安放设备,防止发生偏移,提高测量精度,支撑台的下侧连接有支架,支架设有三组,且每组支架的下侧均固定连接有支架片,支架片能够防止支架下陷,尤其是在巷道这种泥泞的地方,一旦支架偏移,测量的精准度就会大打折扣,因此支架片能够进一步的提高测量精度。
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,在实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、1開米和200米巷道进行多次测量,得到如下结果。距离取的是5次测量的结果,变形处的测距误差在0 · 3 m以内,虽然理论变形绝对误差在24 mm,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,采取测量多次球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,通过加人显示器结构,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人激光发射器和激光接收器结构,能够对巷道的侧壁进行实时的检测,并将数据进行收集汇总,通过加人支撑台结构,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。通过实地的实验操作结果表明,测量10、50、 1開和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· 3 m以内,变形度绝对误差在24 mm,总的来说,结构简单,测量所得数据误差小,适合推广使用。
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