Способ измерения линейных перемещений объекта



Способ измерения линейных перемещений объекта
Способ измерения линейных перемещений объекта

 


Владельцы патента RU 2521220:

Закрытое акционерное общество "Научно-проектный инстиут "Исследование мостов и других инженерных сооружений" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейной компоненты перемещения объекта при воздействии на него различных силовых факторов. Техническим результатом является расширение диапазона применения и упрощение обработки результатов измерения при несовпадении линии визирования с направлением перемещения объекта. Способ измерения линейных перемещений объекта заключается в том, что лазерным дальномером проводят не менее двух измерений дальности до объекта. Линию визирования дальномера направляют на жестко связанную с объектом плоскую поверхность, которую выбирают или размещают на объекте таким образом, что она пересекает линию визирования дальномера и линию направления перемещения объекта, и тарируют дальномер, определяют разность дальностей до и после перемещения дальномера, вычисляют тарировочный коэффициент по формуле

К=А/П,

где А - перемещение дальномера;

П - разность дальностей до и после перемещения дальномера.

Измеряют перемещения объекта, величину которых определяют по формуле

B=K(R-R),

где R и R соответственно предыдущая и последующая дальности до объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейной компоненты перемещения объекта при воздействии на него различных силовых факторов. Преимущественное применение изобретение может найти при испытании или мониторинге строительных конструкций.

Известен способ измерения линейного перемещения объекта с помощью прогибомера. Прогибомер содержит ролик известной длины окружности, вращающийся на оси, установленной в корпусе прибора. С объектом ролик соединяют через гибкую связь - натянутую проволоку, охватывающую ролик одним витком. Через многозвенную зубчатую передачу ролик соединен со стрелкой прибора и счетчиком числа ее оборотов. Величину перемещения (прогиба) определяют по разности показаний прибора [Аистов Н.Н. Испытание сооружений. Л. - М.: Госстройиздат, 1960, с.69…72]. Способ имеет ограниченные функциональные возможности из-за сложности монтажа проволоки, подверженности результатов измерений воздействиям на проволоку ветра и изменений температуры воздуха.

Этих недостатков не имеет известный способ определения расстояния (дальности) до объекта с помощью лазерного дальномера (прототип). Способ включает зондирование объекта путем посылки на него серии лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала ti между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения. Для каждого зондирования определяют отсчеты дальности Ri=c·ti/2, где с - скорость света [Патент РФ №2385471].

Дальность, таким образом, измеряется как длина отрезка линии визирования дальномера (лазерного луча) от точки установки дальномера до точки отражения излучения от объекта. Если известно, что объект за время между зондированиями будет перемещаться в направлении линии визирования, то такое перемещение можно, очевидно, определить как разность двух дальностей: П=Ri+1-Ri. Если же известно, что объект перемещается в каком-либо ином направлении, то определить величину такого перемещения значительно сложнее - для этого надо знать форму, размеры и начальное положение относительно линии визирования дальномера той поверхности, от которой отражается зондирующий импульс, и применять для вычислений достаточно сложные математические формулы. Этот недостаток делает известный способ практически неприменимым для измерения перемещений объекта, не совпадающих по направлению с линией визирования дальномера, что ограничивает функциональные возможности указанного способа.

Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей способа: расширении диапазона применения и упрощении обработки результатов измерения при несовпадении линии визирования с направлением перемещения объекта.

Лазерный луч (линию визирования дальномера) направляют на объект так, как удобно по условиям проведения измерений - под произвольным углом к линии направления перемещения объекта. Луч направляют на жестко связанную с объектом плоскую поверхность, которую выбирают или размещают на объекте таким образом, что она пересекает линию визирования дальномера и линию направления перемещения объекта. Благодаря этому перемещение объекта приводит к изменению дальности до него, причем, поскольку поверхность плоская, изменение дальности прямо пропорционально величине перемещения. Коэффициент этой пропорциональности (тарировочный коэффициент) определяют, проводя тарировку дальномера, основанную на принципе независимости перемещений: перемещение дальномера приводит к такому же изменению дальности, что и перемещение самого объекта в том же направлении. Для тарировки включают дальномер в режим измерений, перемещают дальномер в направлении перемещения объекта на заранее известное расстояние, определяют разность дальностей до и после перемещения дальномера и вычисляют тарировочный коэффициент по формуле

К-А/П

где А - перемещение дальномера;

П - разность дальностей до и после перемещения дальномера.

После этого можно проводить измерения перемещений объекта, считывая дальности до него и умножая их разности на К.

Неплоскостность поверхности, от которой отражается луч лазера, а также возможные угловые перемещения объекта приводят к погрешности определения К. Для повышения точности измерений следует использовать минимально возможный участок этой поверхности при тарировке и измерениях. С этой целью измерения проводят непосредственно после перемещения дальномера на расстояние А, причем величину А выбирают возможно более близкой к ожидаемой величине перемещения объекта.

На фигуре 1 изображена схема проведения измерений прогиба моста. Ход луча лазера показан утолщенными линиями, начальное положения дальномера - пунктиром, конечное положение моста - штрихпунктирными линиями. На фигуре 2 показан пример установки дальномера на тарировочном приспособлении для измерения вертикальных перемещений (прогиба) объекта.

Реализация способа показана на примере измерения прогиба пролета моста, т.е. вертикального перемещения объекта 10. В качестве плоской поверхности выбран элемент пролета моста, образующий с вертикалью угол b. При начале работ лазерный луч дальномера 1 направляют на выбранную поверхность под некоторым углом а, и он отражается от нее в точке 1. Снимают отсчет дальности R1 и перемещают дальномер вниз на расстояние А, величина которого в данном примере выбрана несколько большей, чем ожидаемый прогиб моста. Луч перемещается по поверхности в точку 2 и дальность увеличивается до R2. Нагружаем мост, пролет прогибается на величину В=Н2-Н1. Луч лазера дальномера возвращается назад и останавливается в точке 3, дальность уменьшается до R3.

Так как на участке 1-2 поверхность плоская и угловое положение дальномера и объекта не изменилось, по теореме синусов получаем:

A/(R2-R1)=sin(a)/sin(b)=B/(R3-R2)=К, откуда В=K(R3-R2).

Перемещение дальномера в приведенном выше примере может быть осуществлено с помощью тарировочного устройства (фиг.2). Лазерный дальномер 1 крепится на клемме 2 с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Клемма 2, в свою очередь, закреплена на штоке 3 с возможностью поворота вокруг оси штока. Шток 3 может перемещаться внутри хомута 4, в котором он базируется по своим цилиндрической и плоской поверхностям и фиксируется в нужном положении винтом 9. Шток 3 через шаровую головку 5 крепится к струбцине 6, которая служит для закрепления всего устройства на репере (неподвижных элементах строительных конструкций, штативе и т.п.). Пузырьковый уровень 7 крепится на клемме 2. Гайка 8 фиксирует от поворота клемму 2 и дальномер 1 в нужном положении.

Закрепив устройство на репере струбциной 6, устанавливают и фиксируют с помощью шаровой головки 5 шток 3 в вертикальном положении по показаниям уровня 7. Включают в режим непрерывных измерений дальномер 1, направляют его луч на поверхность объекта (моста) и фиксируют гайкой 8. Включают запись отсчетов дальности и, отпустив винт 9, перемещают шток 3 вместе с дальномером 1 вниз на нужную величину А. Снова затягивают винт 9 и контролируют неизменность показаний уровня 7: дальномер оттарирован и готов к измерению прогиба.

1. Способ измерения линейных перемещений объекта, состоящий в том, что лазерным дальномером проводят не менее двух измерений дальности до объекта, отличающийся тем, что линию визирования дальномера направляют на жестко связанную с объектом плоскую поверхность, которую выбирают или размещают на объекте таким образом, что она пересекает линию визирования дальномера и линию направления перемещения объекта, и тарируют дальномер, для чего включают дальномер в режим измерений дальности, перемещают дальномер в направлении перемещения объекта на заранее известное расстояние, определяют разность дальностей до и после перемещения дальномера, вычисляют тарировочный коэффициент по формуле
К=А/П,
где А - перемещение дальномера;
П - разность дальностей до и после перемещения дальномера,
после чего начинают измерения перемещения объекта, величину которых определяют по формуле
B=K(R-R),
где R и R соответственно предыдущая и последующая дальности до объекта.

2. Способ измерения линейных перемещений объекта по п.1, отличающийся тем, что величину А выбирают возможно более близкой к ожидаемой величине перемещения объекта.



 

Похожие патенты:

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

Изобретение относится к лазерной технике к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

В телевизионно-лазерном визире-дальномере установлена спектроделительная призма, на одной грани которой нанесена полевая диафрагма приемного канала лазерного дальномера, которая используется в качестве опорной марки, а на другой грани приклеено сферическое зеркало, проектирующее диафрагму в телекамеру визирного канала.

Дальномер имеет частично совмещенные визирный, излучающий, приемный и проекционный каналы. Объективы всех каналов выполнены двухкомпонентными, первый компонент объектива визирного канала входит в состав объектива приемного и излучающего каналов.

Изобретение относится к области метеорологии и гляциологии и может быть использовано при определении толщины снежного покрова на склонах для прогноза лавинной опасности и определения снегонакопления в горах. Согласно заявленному способу с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до контрольной точки на склоне (L1), азимут (А1) и угол зондирования (β).

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для решения задач измерения дальности и линейных размеров объектов по их цифровым фотографическим изображениям.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к приемной линзовой системе для оптического дальномера, а также к оптическому дальномеру с такой приемной линзовой системой. В заявке описана приемная линзовая система (7) для оптического дальномера (1), предназначенная для приема отраженного от объекта оптического излучения и имеющая расположенную на траектории (6) принимаемых лучей полимерную линзу (12) и стеклянную линзу (11), расстояние между которыми является регулируемым, за счет выполнения полимерной линзы регулируемой по положению относительно неподвижной стеклянной линзы. А также оптический дальномер с приемной линзовой системой. Технический результат - регулирование фокусного расстояния приемной линзовой системы, уменьшение чувствительности к воздействию температуры и/или влаги и/или к загрязнению. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство калибровки принимает входные данные двух опорных изображений и множественных элементов данных параллакса. Два опорных изображения захватываются одним из устройств формирования изображения в двух местоположениях. Данные параллакса вычисляются с использованием двух опорных изображений и двух соответственных изображений на основании положений множества характерных точек, общих для опорного изображения и соответственного изображения для каждой пары. Два соответственных изображения фиксируются другим из устройств формирования изображения в тех же местоположениях. Устройство осуществляет поиск множества характерных точек, общих для двух опорных изображений, и вычисляет параллакс и величину изменения параллакса на основании данных параллакса, относящихся к соответствующим характерным точкам в двух опорных изображениях для каждой из отыскиваемых характерных точек. Вычисление корректирующего значения для параметра производят на основании вычисленных параллаксов и величин изменения параллакса. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройствам для оптического измерения расстояния до целевого объекта. Измерительное устройство содержит излучатель для испускания измерительного оптического излучения в направлении целевого объекта, приемник, имеющий регистрирующую поверхность для регистрации измерительного оптического излучения, возвращающегося от целевого объекта, и блок обработки данных. Регистрирующая поверхность содержит множество пикселей, каждый из которых имеет по меньшей мере один светочувствительный элемент и соединен с блоком обработки данных. Излучатель и приемник выполнены таким образом, чтобы измерительное оптическое излучение, возвращающееся от целевого объекта, освещало одновременно несколько пикселей. Блок обработки данных выполнен с возможностью поступления по меньшей мере в одно из устройств определения расстояния сигналов регистрации излучения от нескольких пикселей, на основании которых соответствующее устройство определения расстояния определяет данные расстояния, коррелирующие с расстоянием между измерительным устройством и целевым объектом. Также блок обработки данных выполнен с возможностью определения расстояния между измерительным устройством и целевым объектом на основе анализа данных расстояния, полученных множеством устройств определения расстояния. Технический результат - увеличение динамического диапазона при измерениях малых расстояний, оптимизация отношения «сигнал-шум» при измерении больших расстояний. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерной дальнометрии. Способ лазерного дальнометрирования включает в себя посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности до цели. Первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ2. За время паузы между сериями лазерных импульсов назначают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов для каждой последующей серии, а именно длину волны λ1 выбирают для дальности L>L0, а длину волны λ2 выбирают для дальности L<L0. Способ применяется для лазерных излучателей, у которых имеется возможность работы на одной из двух длин волн λ1 или λ2. 1 ил.

Изобретение относится к способам дистанционного определения толщины снежного покрова и может быть использовано с целью прогнозирования лавинной опасности. Сущность: последовательно проводят летние и зимние зондирования склона с использованием лазерного дальномера. Зондируя склон под соответствующими углами наведения - по азимуту (Az) и углу (β) возвышения, измеряют расстояние от места его установки в долине до контрольных точек в зоне зарождения лавин относительно реперной точки. По разнице между результатами зондирований в летний и зимний периоды определяют толщину (AE) снежного покрова в направлении зондирующего лазерного луча. При этом для каждой контрольной точки на склоне определяют экспозицию склона (не показано на фиг.6), крутизну (βкр) склона, а также проекцию ( n ¯ ) на горизонтальную плоскость нормали (n), проведенной к контрольной точке на склоне, и отрезка (AE), характеризующего толщину снежного покрова на склоне в направлении зондирующего лазерного луча. Определяют угол (ψ) между данными проекциями. По значениям найденных величин определяют истинную толщину снежного покрова в виде проекции отрезка (AE) на нормаль, проведенную к поверхности склона в контрольной точке лавинного очага. Технический результат: повышение точности определения толщины снежного покрова в лавинных очагах. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Устройство может быть использовано для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением передающего и приемного каналов. Устройство содержит входную собирающую и выходную коллимирующую оптические системы, связанные между собой волоконно-оптической линией задержки, выполненной в виде световода. Входной и выходной торцы световода расположены в фокальных плоскостях входной и выходной оптических систем соответственно. Входная собирающая и выходная коллимирующая оптические системы образованы двумя соосными менисками, обращенными вогнутостью к торцу световода и имеющими зеркальные покрытия на выпуклых поверхностях. Зеркальное покрытие мениска, расположенного первым от торца световода, выполнено в виде периферийной кольцевой зоны. По крайней мере один торец световода может быть состыкован с плоскопараллельной пластиной в непрозрачной зоне, содержащей соосную со световодом диафрагму с диаметром, меньшим диаметра световода. По крайней мере один из менисков может быть выполнен склеенным. Технический результат - создание компактного устройства с повышенной технологичностью при высоком качестве формирования лазерных пучков и упрощенной конструкцией. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 7 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, для измерения расстояния до различных предметов на местности, с использованием излучения лазеров. Дальномер содержит импульсный полупроводниковый лазер с оптической системой, схему накачки лазера, лавинный фотодиод с оптической системой, последовательно соединенный с усилителем фотодетектированных сигналов, управляемый источник питания (УИП) для лавинного фотодиода, умножитель, фильтр нижних частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер (МК), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), инвертирующий усилитель, два компаратора, трехвходовой мультиплексор, сумматор, два двухвходовых мультиплексора, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, счетчик количества накоплений, три схемы сравнения, триггер, индикатор дальности. Технический результат - снижение погрешности измерения и улучшение массогабаритных показателей дальномера. 2 ил.

Изобретение относится к области формирования и обработки изображений, предназначено для измерения расстояний до наблюдаемых предметов и определения оптических передаточных функций устройства, при помощи которых сформированы обрабатываемые изображения, дополнительно позволяет оценивать погрешность измерений. Оптико-электронное устройство для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний содержит не менее двух каналов формирования и фиксации изображения. При этом оптическая система каждого из каналов включает, по меньшей мере, одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображения, а также блок оценки расстояний, соединенный с детекторами. Причем один или более элементов оптический системы и/или, по меньшей мере, один детектор установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, а устройство снабжено блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенный с блоком оценки расстояний. Технический результат - повышение точности измерения расстояний и определения оптических передаточных функций в широком диапазоне измерений. 7 н. и 12 з.п. ф-лы, 45 ил.

Изобретение относится к оптическим устройствам для бесконтактного измерения дальности и может использоваться при производстве лазерных дальномеров или тахеометров. Дальномер содержит передающий канал, включающий задающий генератор, соединенный со входом лазерного передатчика с выходной оптической системой, приемный канал, а также оптический контрольный канал. Приемный канал включает входную оптическую систему, в фокусе которой установлен лавинный фотодиод, подключенный к сигнальному входу измерительного блока, опорный вход которого соединен с задающим генератором. Контрольный канал выполнен в виде внешней оптической линии, замыкающей входной и выходной каналы. Корпусы лавинного фотодиода и лазерного диода снабжены термодатчиком, подключенным к измерительному входу измерительного блока, а сам измерительный блок оборудован энергонезависимой памятью. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу определения высоты летательного аппарата. При реализации способа осуществляется N-кратное зондирование подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения и его некогерентное накопление принятого отражённого от объекта сигнала. По результатам статистической обработки полученных данных определяют временное положение отраженного сигнала Th относительно момента излучения зондирующего импульса и вычисляют высоту летательного аппарата по формуле h=c Th/2, где c - скорость света. При этом диапазон высот разбивают на K зон. Объем накопления N в каждой зоне устанавливают в зависимости от периода тактовой частоты импульсов, разделяющих время на интервалы, предельно допустимой ошибки измерения высоты в j-й зоне высот, частоты зондирования и заданного периода обновления информации в j-й зоне высот. Технический результат заключается в обеспечении необходимой точности измерений при заданных обнаружительных характеристиках и при требуемой частоте обновления информации в процессе выполнения различных полетных заданий. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Наверх