一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统及测量方法技术方案

一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统及测量方法，属于桥梁测量技术领域。为解决桥梁挠度的高效测量问题。本发明专利技术角度倾斜台连接步进电机，步进电机连接激光自动调平、追踪装置，激光自动调平、追踪装置发射的激光信号到激光靶标上，激光自动调平、追踪装置、激光光斑识别装置、上位机间通过无线信号进行数据传输。激光自动调平、追踪装置发射水平的激光光束并投影到激光光斑识别装置中的靶标上，光斑识别装置跟随待测点进行移动，并通过摄像头进行光斑识别，随着待测点挠度的不同，通过测量标准点与各待测点的光斑在靶标上的相对位置的变化来测量挠度值，激光自动调平、追踪装置实现激光光束对激光靶标的自动追踪和激光光束的自动调平。动调平。动调平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于桥梁测量
，具体涉及一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]桥梁在施工和运营过程中都会产生变形，这些变形在一定限度内是正常的，但如果超过了规定限度，就会影响正常使用并危及桥梁安全和生命安全，因此在施工和运营期间需要对桥梁参数进行测量，挠度是其中关键桥梁参数之一。
[0003]目前桥梁挠度测量主要应用的方法有水准高程法、机器人监测法、倾角仪法、连通管法，测量过程往往需要多人配合完成，且参数均为人工记录计算，测量过程繁琐，效率低下，测量精度与测量人员技术水平相关联，因此存在成本高昂、需要投入大量人力的弊端。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决桥梁挠度的高效测量问题，提出一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统及测量方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统，包括角度倾斜台、步进电机、激光自动调平、追踪装置、激光光斑识别装置、上位机、激光靶标；
[0007]所述角度倾斜台连接步进电机，所述步进电机连接激光自动调平、追踪装置，所述激光自动调平、追踪装置发射的激光信号到激光靶标上，所述激光自动调平、追踪装置、激光光斑识别装置、上位机间通过无线信号进行数据传输。
[0008]进一步的，所述激光自动调平、追踪装置包括STM32F103ZET6主控开发板、AS32
‑
TTLr/>‑
1W无线传输模块、SCL3300倾角传感器、测温探头、精密分度盘模块、继电器模块、步进电机模块、激光模块；
[0009]所述STM32F103ZET6主控开发板通过SCL通信连接SCL3300倾角传感器；所述STM32F103ZET6主控开发板通过串口连接AS32
‑
TTL
‑
1W无线传输模块；所述STM32F103ZET6主控开发板通过8路IO口分别连接步进电机模块和精密分度盘模块；所述STM32F103ZET6主控开发板通过1路IO口与测温探头进行单总线数字通信；所述STM32F103ZET6主控开发板通过1路IO口连接继电器模块，所述继电器模块连接激光模块；所述激光自动调平、追踪装置采用5V直流进行供电；
[0010]所述步进电机模块为步进电机28BYJ4模块，精密分度盘模块为精密分度盘RTS9060模块，所述测温探头为DS18B20温度传感器，所述继电器模块为单路继电器模块，用于控制激光模块的开关状态，所述继电器模块使用激光自动调平、追踪装置的5V直流电源供电。
[0011]进一步的，所述激光光斑识别装置包括STM32F103RCT6开发板、OLED液晶显示屏、拉线位移传感器、Openmv模块、LoRa无线串口模块、UWB超宽带无线测距模块，所述
STM32F103RCT6开发板分别连接OLED液晶显示屏、拉线位移传感器、Openmv模块、LoRa无线串口模块、UWB超宽带无线测距模块，所述激光光斑识别装置采用5V直流进行供电；
[0012]所述UWB超宽带无线测距模块的个数为3个，其中2个作为基站进行位置确定，1个用于激光光斑识别装置作为标签识别。
[0013]进一步的，所述激光靶标通过直线导轨进行固定和滑动。
[0014]一种基于激光投影的桥梁挠度测量方法，依托于所述的一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统实现，包括如下步骤：
[0015]S1、设置基站：首先根据的桥梁的桥面宽度确定2个基站端和基准点的位置，将2个UWB超宽带无线测距模块作为基站分别置于2个基站端，以1个基站端为坐标原点，以2个基站端的连线为X轴建立坐标系，采集基站端和基准点的坐标信息，完成2个基站的设置；
[0016]S2、设置激光自动调平、追踪装置：根据待测点和标准点的相对位置设置激光自动调平、追踪装置，确保激光自动调平、追踪装置的激光光束照射到激光靶标上，并且通过激光光斑识别装置的UWB超宽带无线测距模块测量激光自动调平、追踪装置的坐标，记为(x0,y0)；
[0017]S3、设置激光光斑识别装置：将激光光斑识别装置设置在待测点，激光自动调平、追踪装置进行激光自动追踪和激光光束的自动调平；
[0018]S4、激光光斑识别装置进行测量，计算激光光斑在激光靶标的相对高度H；
[0019]S5、对步骤S4测量的激光光斑在激光靶标的相对高度H进行误差补偿，得到基于激光投影的桥梁挠度的测量结果；
[0020]S6、将步骤S5得到的基于激光投影的桥梁挠度的测量结果发送到上位机，进行显示并存储测量结果。
[0021]进一步的，步骤S1的两个基站的摆放位置与桥面的横向切面保持平行，且处在基准点两侧，设置两个基站到基准点的距离相同。
[0022]进一步的，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：
[0023]S3.1、将激光光斑识别装置设置在待测点，激光光斑识别装置中的UWB无线测距模块作为标签测量与基站的距离，计算激光光斑识别装置的二维坐标信息(x，y)，计算公式为：
[0024][0025][0026]其中，L1和L2分别为标签与2个基站的距离，I为2个基站间的距离；
[0027]S3.2、计算激光光束与激光光斑识别装置的夹角θ，计算公式为：
[0028][0029]S3.3、控制激光自动调平、追踪装置的精密分度盘模块转动θ度，使得激光光斑投影在激光靶标上，完成激光自动调平、追踪装置的激光自动追踪；
[0030]S3.4、控制激光自动调平、追踪装置向SCL3300倾角传感器发送指令，采集激光模块所在平面的X轴的倾角值ζ
x
，Y轴的倾角值ζ
y
，并根据ζ
y
计算步进电机转动的步数N，计算公
[0053]设激光模块所在直线与水平面的夹角λ，则计算公式为：
[0054]cosλ2＝cosα2+sinθ2*(1
‑
cosδ2)；
[0055]S5.6、设置激光与靶标的距离为E，则安装误差为U，则计算公式为：
[0056]U＝E*tanλ；
[0057]则得到所述的一种基于激光投影的桥梁挠度挠度值为H+U，完成测量。
[0058]本专利技术的有益效果：
[0059]本专利技术所述的一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统，激光自动调平、追踪装置会发射水平的激光光束并投影到激光光斑识别装置中的靶标上，光斑识别装置跟随待测点进行移动，并通过摄像头进行光斑识别，随着待测点挠度的不同，投影在激光靶标上的激光光斑相对位置会发生变化。因此，可以通过测量标准点与各待测点的光斑在靶标上的相对位置的变化来测量挠度值，并通过激光自动调平、追踪装置实现激光光束对激光靶标的自动追踪和激光光束的自动调平，实现了通过智能自动化系统，测量过程只需要单人携带激光靶标移动到各个测点即可自动测出挠度值。在保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统，其特征在于，包括角度倾斜台(1)、步进电机(2)、激光自动调平、追踪装置(3)、激光光斑识别装置(4)、上位机(5)、激光靶标(6)；所述角度倾斜台(1)连接步进电机(2)，所述步进电机(2)连接激光自动调平、追踪装置(3)，所述激光自动调平、追踪装置(3)发射的激光信号到激光靶标(6)上，所述激光自动调平、追踪装置(3)、激光光斑识别装置(4)、上位机(5)间通过无线信号进行数据传输。2.根据权利要求1所述的一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统，其特征在于，所述激光自动调平、追踪装置(3)包括STM32F103ZET6主控开发板(3
‑
1)、AS32
‑
TTL
‑
1W无线传输模块(3
‑
2)、SCL3300倾角传感器(3
‑
3)、测温探头(3
‑
4)、精密分度盘模块(3
‑
5)、继电器模块(3
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6)、步进电机模块(3
‑
7)、激光模块(3
‑
8)；所述STM32F103ZET6主控开发板(3
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1)通过SCL通信连接SCL3300倾角传感器(3
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3)；所述STM32F103ZET6主控开发板(3
‑
1)通过串口连接AS32
‑
TTL
‑
1W无线传输模块(3
‑
2)；所述STM32F103ZET6主控开发板(3
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1)通过8路IO口分别连接步进电机模块(3
‑
7)和精密分度盘模块(3
‑
5)；所述STM32F103ZET6主控开发板(3
‑
1)通过1路IO口与测温探头(3
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4)进行单总线数字通信；所述STM32F103ZET6主控开发板(3
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1)通过1路IO口连接继电器模块(3
‑
6)，所述继电器模块(3
‑
6)连接激光模块(3
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8)；所述激光自动调平、追踪装置(3)采用5V直流进行供电；所述步进电机模块(3
‑
7)为步进电机28BYJ4模块，精密分度盘模块(3
‑
5)为精密分度盘RTS9060模块，所述测温探头(3
‑
4)为DS18B20温度传感器，所述继电器模块(3
‑
6)为单路继电器模块，用于控制激光模块(3
‑
8)的开关状态，所述继电器模块(3
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6)使用激光自动调平、追踪装置(3)的5V直流电源供电。3.根据权利要求2所述的一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统，其特征在于，所述激光光斑识别装置(4)包括STM32F103RCT6开发板(4
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1)、OLED液晶显示屏(4
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2)、拉线位移传感器(4
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3)、Openmv模块(4
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4)、LoRa无线串口模块(4
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5)、UWB超宽带无线测距模块(4
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6)，所述STM32F103RCT6开发板(4
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1)分别连接OLED液晶显示屏(4
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2)、拉线位移传感器(4
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3)、Openmv模块(4
‑
4)、LoRa无线串口模块(4
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5)、UWB超宽带无线测距模块(4
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6)；所述激光光斑识别装置(4)采用5V直流进行供电；所述UWB超宽带无线测距模块(4
‑
6)的个数为3个，其中2个作为基站进行位置确定，1个用于激光光斑识别装置(4)作为标签识别。4.根据权利要求3所述的一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统，其特征在于，所述激光靶标(6)通过直线导轨进行固定和滑动。5.一种基于激光投影的桥梁挠度测量方法，依托于权利要求1
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4之一所述的一种基于激光投影的桥梁挠度测量系统实现，其特征在于，包括如下步骤：S1、设置基站：首先根据的桥梁的桥面宽度确定2个基站端和基准点的位置，将2个UWB超宽带无线测距模块作为基站分别置于2个基站端，以1个基站端为坐标原点，以2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝向炜，陈少毅，毕建伟，金毅，陈海军，
申请(专利权)人：黑龙江省龙建路桥第六工程有限公司，
类型：发明
国别省市：