激光变形量测系统

激光变形量测系统基本原理

     激光变形量测系统是将激光准直技术、光电成像技术、图像处理技术、互联网数据通信继续融合在一起的变形光纤光栅量测技术，是珏光科技针对高铁、地铁、桥梁等土木工程自主研发的激光变形量测系统，相关技术已经申请国家专利，拥有完整的知识产权。 由主要三部分组成：

• 激光发射器

• 二维图像传感器

• 激光变形量测一体机

图1  激光变形量测系统架构图

       激光变形量测一体机为系统的核心，它可以设定测量时间间隔、激光发射器的工作时间、二维图像传感器的通讯和采集， 控制二维图像传感器和激光发射器的电源。 然后激光变形量测一体机将数据转发给云端服务器，从而完成整个系统的数据采集。 从云端的服务器也可以发指令给激光形变量测一体机， 使其按照云端服务的设定而进行数据采集。 

        本系统利用激光的单向性，从一个测点将激光对准另外一个测点的成像靶面，在固定成像光电器件、激光器和成像靶面的情况下，在成像靶面上显示激光光斑，将初始的光斑位置拍照后，经过图像处理的方法找出激光光斑的中心位置，信号处理系统可以通过无线网络将数据发送到服务器，以记录其初始的光斑位置。当测点2相对于测点1发生位移，那么在成像靶面上的激光光斑发生位移，系统再次拍照，经过同样的处理，将数据记录，根据两次的测量数据，从而可以得到两测点的相对位移∆X、∆Y。

1) 理论分辨率        由于系统采用CMOS成像法，我们采用合适的镜头(6mm焦距)将靶面的面积为DxL的面积成像于dxl的CMOS上，CMOS的像素有2592 ×1944，由于我们采用的成像靶面尺寸为80mmx60，这样，每像素的分辨率为80/2592mm/pixel＝0.0309mm， 这就是我们的理论分辨率。2) 空气流动对仪器精度的影响及实际精度        对于30米距离的空气扰动而言，在地铁隧道中，我们测试的结果单次测量的精度小于为1mm，即±0.5mm。        空气流动对系统误差的贡献是一个随机误差，因此可以采用多次测量求平均的方法来实现更高的精度，多次测量队精度提高，可以用下列公式来表达：           式中：σ—随机误差；    n—测量次数；         T—测量值；       S—信号的真实值。         由于我们测量一个通道(假设8对激光沉降仪为一个通道，考虑到静力水准仪是8个仪器一个通道)，测量时间为8×0.3s＝2.4s， 测量100次可以提高随机误差的10倍的精度，采用240秒测量一次，应该是可以接受的，从上述分析，可知单台激光沉降仪的随机误差为：0.5－0.1＝0.4mm        如果采用100次累加，那么精度应该是 0.1＋0.4/10＝0.14mm. 因此采用100次平均累加后，单台激光沉降仪的精度为±0.14mm。

 图2