多功能激光觀測(cè)尺的研制與應(yīng)用

賈慶偉 趙志超 郭洪峰 許華彬

【摘要】 目前，國(guó)內(nèi)外激光觀測(cè)尺主要測(cè)量尺子與物體的距離，而測(cè)量面積和體積需要在一定條件下，而且經(jīng)過多次計(jì)算的轉(zhuǎn)換才能得出最后結(jié)果，操作步驟多，精度低。而我們研制的激光觀測(cè)尺不受任何條件的制約，可以不接觸物體，一次測(cè)出數(shù)據(jù)，進(jìn)而一次計(jì)算得出物體的尺寸。

【關(guān)鍵詞】多功能； 激光； 觀測(cè)尺； 研制； 應(yīng)用

1、引言

工程觀測(cè)對(duì)于黃河水利工程的施工、運(yùn)行與管理、維修與養(yǎng)護(hù)有著重要的作用，它應(yīng)用于工程全周期。目前，黃河河道、堤防和水閘的觀測(cè)常用的為水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀以及全站儀GPS等傳統(tǒng)儀器，需要多人配合完成，耗時(shí)而且程序復(fù)雜、成本高。這些儀器對(duì)于基層養(yǎng)護(hù)人員來(lái)說(shuō)也比較難掌握，或者掌握了但容易忘記操作步驟。當(dāng)今，市場(chǎng)所銷售激光測(cè)距儀只能測(cè)設(shè)備與物體之間的距離，功能單一，即使能測(cè)量面積也要多次轉(zhuǎn)換計(jì)算。對(duì)于部分建筑物頂部裂縫的測(cè)量，需要幾個(gè)人搬著梯子測(cè)量，上上下下很麻煩，測(cè)量精度也不高；河道中物體或者坑洞的測(cè)量，也要步行到被側(cè)物體處測(cè)量；平時(shí)測(cè)量物體的尺寸時(shí)，也常常需要多人拉尺測(cè)量。因此，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單易學(xué)、方便快捷、易于記憶、能準(zhǔn)確操作的工具對(duì)基層運(yùn)行觀測(cè)人員尤為迫切。

2、項(xiàng)目研究的主要指導(dǎo)思想、依據(jù)和原則

本項(xiàng)目以黨的十八屆五中全會(huì)和習(xí)近平總書記系列重要講話精神為指導(dǎo)思想，堅(jiān)持實(shí)事求是，理論聯(lián)系實(shí)際，理論與實(shí)際相互檢驗(yàn)，最終研制出理想的產(chǎn)品。依據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》 GB50026-2007、《中、短程光電測(cè)距規(guī)范》GB/T 16818-2008、《激光產(chǎn)品的安全》 GB7247.1-2012 《國(guó)家三角測(cè)量規(guī)范》GBT 17942-2000《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ8-2007。

3、主要方法、技術(shù)路線

3.1 研究目標(biāo)

本產(chǎn)品的研制目標(biāo)主要是非接觸快速準(zhǔn)確測(cè)量物體尺寸，并實(shí)現(xiàn)其它如位移、沉陷量等多用途的便捷測(cè)量。

3.2 研究方法

3.2.1調(diào)查法

為能充分利用激光測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，我們通過網(wǎng)絡(luò)和市場(chǎng)調(diào)查的方式搜集了有關(guān)激光測(cè)量的規(guī)則規(guī)程、技術(shù)資料，并對(duì)激光的安全使用做了充分的了解。在綜合分析材料的基礎(chǔ)上，選擇了角度尺和激光測(cè)距儀進(jìn)行有效組合。

3.2.2數(shù)學(xué)分析法

本產(chǎn)品在通過平行四邊形、等腰三角形等幾何知識(shí)計(jì)算分析需測(cè)一邊尺寸時(shí)，發(fā)現(xiàn)必須在某種特定的條件下，無(wú)法滿足產(chǎn)品的通用性計(jì)算。最終通過分析，決定通過余弦定理來(lái)計(jì)算第三邊邊長(zhǎng)的方法來(lái)測(cè)算被測(cè)物體的尺寸。

4、技術(shù)原理及結(jié)構(gòu)組成

4.1主要技術(shù)原理

4.1.1余弦定理

余弦定理，其是描述三角形中三邊長(zhǎng)度與一個(gè)角的余弦值關(guān)系的數(shù)學(xué)定理，是勾股定理在一般三角形情形下的推廣。余弦定理是揭示三角形邊角關(guān)系的重要定理，直接運(yùn)用它可解決一類已知三角形兩邊及夾角求第三邊。如下圖2所示，在△ABC中，余弦定理可表示為圖一所示：

當(dāng)已知三角形的兩邊及其夾角，可由余弦定理得出已知角的對(duì)邊：

4.1.2 激光沿直線傳播

激光是20世紀(jì)以來(lái)，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。利用激光射出水平直線，用直尺來(lái)測(cè)量這條直線與被測(cè)面的高差，從而得出垂直位移、水平位移、平整度等數(shù)值。激光測(cè)量技術(shù)是根據(jù)光的干涉和衍射原理進(jìn)行距離測(cè)量，是一般意義上的精密測(cè)量技術(shù)。

4.2 性能指標(biāo)

測(cè)量范圍 0-3600、分度值 0.050 、精度±10；激光等級(jí) CLASS 2M、激光類型620-690nm，<1mW、測(cè)量范圍0.05-30m、測(cè)量精度±2mm、顯示精度1mm、激光自動(dòng)關(guān)閉30S、儀器尺寸118*39*20mm、儀器重量120g、操作溫度00-400。

5、測(cè)量方法

5.1非接觸式測(cè)量物體尺寸

打開角度器、測(cè)距儀 將激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體兩端 讀數(shù) 計(jì)算。

5.2測(cè)量角度

將鋼尺對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體兩邊 從角度器上讀數(shù)即可。

5.3測(cè)量水平、垂直位移

將一側(cè)鋼尺置于水平面上 打開該尺激光燈 用水平尺或帶水準(zhǔn)泡的直尺測(cè)量激光點(diǎn)到被測(cè)基點(diǎn)的距離 與上次數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算出位移。

5.4測(cè)量護(hù)坡平整度

將鋼尺一段貼近坡面 用水平尺或帶水準(zhǔn)泡的直尺測(cè)量激光點(diǎn)到被測(cè)坡面點(diǎn)的距離 計(jì)算各距離的偏差，得出平整度。

6、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

6.1能測(cè)長(zhǎng)度、距離、角度、傾斜度、垂直度、平整度等多種用途；

6.2遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量物體尺寸，且用于不能靠近或不易靠近的物體測(cè)量，如河中基坑，閘門寬度等。

6.3操作簡(jiǎn)單、易懂，便于基層人員使用。

6.4成本低，利于推廣

7、推廣應(yīng)用及效益

該尺子應(yīng)用以來(lái)，方便了基層運(yùn)行觀測(cè)人員對(duì)尺寸、位移、傾斜度、角度等數(shù)值的測(cè)量，大大提高了工作效率 。本激光觀測(cè)尺主要能使基層人員方便快捷的測(cè)得有效數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量物體的尺寸，能及時(shí)獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)，為工程管理、防汛搶險(xiǎn)贏得時(shí)間、節(jié)省成本，保護(hù)了廣大百姓的生命和財(cái)產(chǎn)，產(chǎn)生了很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 隋金雪. 激光測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].吉林：東北電力學(xué)院，2005：6.

作者簡(jiǎn)介：賈慶偉（1968-），男，漢族，河南濮陽(yáng)人，工程師，總經(jīng)理，研究方向?yàn)榉篮榕c治河。