拱壩位移激光自動監(jiān)測系統(tǒng)方案

拱壩位移激光自動監(jiān)測系統(tǒng)1拱壩位移激光自動監(jiān)測系統(tǒng)概述該系統(tǒng)利用的是半導(dǎo)體激光器和位敏傳感器技術(shù)。這兩項技1996年開頭爭論的。我公司已經(jīng)在東北的云峰大壩壩面建成了一條折線分段型激光三維位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，它具有如下特點：比較圓滿地解決了曲線型壩位移自動監(jiān)測問題；②布置格外敏捷，可以任意轉(zhuǎn)變方向、斷開或錯開，所以格外不通視的部位以及現(xiàn)場需要轉(zhuǎn)彎、斷開或錯開的部位的位移監(jiān)測；③只需一個工作基點，故用在通視的部位，造價也不高；④系統(tǒng)全密封、無任何機(jī)械運動，可保證長期穩(wěn)定牢靠；⑤不抽真空，測量時間短〔一次測量只需2-3分鐘正實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；⑥系統(tǒng)構(gòu)造緊湊，箱體及管道的尺寸小〔管道直徑小于10厘米，箱體寬度約26厘米，占用空間少，易于布置；⑦原理、構(gòu)造、數(shù)據(jù)處理和施工等方面都格外簡潔；⑧可實現(xiàn)一維、二維或三維位移監(jiān)測，性能價格比很高；⑨全天候測量，也不受泄洪和震驚的影響；⑩軟硬件功能齊全；系統(tǒng)造價低。原理簡介本方法的原理實際上就是大地測量中的邊角導(dǎo)線的原理。只要測出每條邊的長度和相鄰兩個邊的水平夾角，邊角導(dǎo)線法就可以計算出各點的兩維水平位移。邊長測量點與點之間均有一根薄壁銦剛管，一端固定，另一端自由。自由端安置一個一維位敏傳感器PSD，測點上安置一個激光發(fā)光二極管LED，LED在一維PSD上形成光斑即可得到兩點間邊長的變化。邊長的變化與起始邊長相加即為測量時的邊長。。夾角和垂直方向位移〔要求該點的轉(zhuǎn)角為零1上面對光束安置一個兩維位敏傳感器PSD，在該PSDPSD,PSDPSDPSD1的夾角變化；在測點再向下一個測點放射激光,同理可得下一個位敏傳感器PSD，通過每條邊兩端的PSD法就可以計算出各點的兩維水平位移。300亦可滿足精度要求。由于垂直于激光束的PSD角的同時，垂直于水流方向的立面內(nèi)的轉(zhuǎn)角也得到了。那么，通過每條邊兩端的PSD測量數(shù)據(jù)即可計算出每個測點的相對垂直垂直位移。的；另外，本方法不僅可以測量三維向位移，還可以測量兩個方向的傾斜。激光器為半導(dǎo)體激光器，價格低，壽命長，性能穩(wěn)定；位敏傳感器由硅晶體制成，精度高，不易損壞。系統(tǒng)構(gòu)造12削減折光差，并可走電纜。整個系統(tǒng)是嚴(yán)格密封的?？紤]了半導(dǎo)PSD的影響。激光器和儀器箱兩側(cè)的保護(hù)鋼管的方向依據(jù)現(xiàn)場測點走向確定。保護(hù)管測點箱壩面支承墩測墩1測點構(gòu)造簡圖〔立面〕保護(hù)管②保護(hù)管保護(hù)管②保護(hù)管⑤ ① ⑦④⑥⑧③銦鋼管銦鋼管2測點構(gòu)造簡圖〔平面〕①半導(dǎo)體激光器②兩維PSD③一維PSD④發(fā)光二極管 ⑤銦鋼管固定 ⑥電路板精度估算

⑦銦鋼管支承構(gòu)造 ⑧溫度傳感器水平位移X和垂直位移Z精度估算。PSD測量精度的影響：假設(shè)只有一個基點，25個測點，最弱點〔末端〕的觀測值為：δ＝g+g+…+gn 1 2 n其中g(shù)i

為各點PSDm=0.02依據(jù)誤差傳播定律得出最弱點觀測值的中誤差平方為：M2=m2+m2+…+m2n 1 2 n=n×m2n=√25×0.02=5×0.02=0.10大氣折光影響：折光差最大的點也是末端，其值為：M=1/8×(0.95)×dT/dx×∑l2×10-6折其中dT/dx0.1℃/m。l20所以得出：M=0.95/8×0.5×25×202×10-6折=0.60(毫米)那么，最弱點觀測值的精度為：μ =√M2+M2 =√0.12+0.62=0.61mmn 折位移為觀測值與基準(zhǔn)值之差，所以位移的綜合精度為：M=√2μ=0.86mm1側(cè)向位移Y最弱點的側(cè)向觀測值公式為：δ =f+f+…+f–α×l×(ΔT+ΔT+…ΔT)n 1 2 n 1 2 n其中fi

為一維PSDα10-7。l20ΔTi所以，觀測值中誤差為：=m2+m2+…+M2+α2×l2×(m2+m2+…+M2)1 2 n T1 T2 Tn其中mim

為PSD0.021℃。Ti則：n×m2+nα2l2m2T=√25×(m2+α2l2m2)T=0.12所以位移的綜合精度為：M=√2μ=0.15mm1準(zhǔn)確的精度計算應(yīng)當(dāng)用邊角導(dǎo)線的精度計算方法。6.概算單個測點單元設(shè)備及材料明細(xì)表序號一名稱測控局部單位數(shù)量單價(元)金額(元)1測控板塊15000.005,000.002溫度傳感器支1400.00400.003一維PSD塊1500.00500.004二維PSD塊22023.002,000.005電源電纜米205.00100.006信號電纜米2010.00200.007電源個1300.00300.008測控軟件套11000.001,000.00小計9,500.00二光學(xué)系統(tǒng)1激光器支13500.003,500.002分光鏡套11500.001,500.003發(fā)光二極管支1100.00100.00小計5,100.00三機(jī)械系統(tǒng)1銦鋼管米20200.004,000.002測點箱個13000.003,000.003保護(hù)管及支承構(gòu)造套13000.003,0