[实用新型]一种光学微位移测量系统

说明书

本实用新型公开了一种光学微位移测量系统，被测物体通过连接杆与激光管相连，激光管与被测物体有相同的位移；若激光管发出的光经透镜系统形成光点只打在光电二极管阵列上某个光电二极管上，激光管的位置与光电二极管阵列中光点位置对应，即与受光二极管的序号对应。当打在光电二极管阵列的光斑可能覆盖多个二极管时，根据光电二极管阵列上激光强度分布，可设想一个等效光电二极管，其序号可为非整数，对应的输出电压是V_∑，对加法器输出的贡献等于全部受光二极管输出V₁…V_i…V_n贡献的总和。等效光电二极管的序号表示光电二极管阵列全部受光二极管的重心位置。

技术领域

本实用新型属于测量仪器领域，涉及一种光学微位移测量系统。

背景技术

大型水库的库岸边坡，山区公路、铁路边坡有危岩、滑坡、地裂等地质灾害。这些灾害发生前，相关地面先要发生微位移。桥梁、大坝、摩天大楼等大型建筑在使用中会发生微位移、微变形。这些微小变化直接影响建筑物的安全。微位移测量是危险报警的主要监测手段。

专利ZL20031011925.9“一种微位移测量技术”得到很好应用，但当测量距离增大时，接收信号衰减很快，例如距离增大10倍，同等条件下角反射器反射回来的信号就要减弱10000 倍。这时角反射器和天线尺寸或发射功率都需很大，这限制其应用。专利ZL201310067245.1 “远距离微位移测量技术”克服了上述问题，用相干有源反射器代替角反射器，可测量上万公里外物体的微位移。

但上述两种微位移测量技术都基于微波比相测距，要求微位移方向与观测方向基本一致，否则对微位移的感测灵敏度降低。这限制了某些应用，例如：对跨江大桥，要测量汽车在桥面产生的垂直微位移，不能够将微位移测量仪放在江面，而只能放在桥墩上。这时微位移方向与观测方向不一致，近似垂直，不能用微波比相精密测距。又如：测量拦河大坝的微位移，大坝下游是河流，我们只能在大坝两端测量，这时微位移方向与观测方向不一致，近似垂直，不能用微波比相精密测距。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种光学微位移测量系统。

一种光学微位移测量系统，被测物体通过连接杆与激光管相连，二者有相同的位移，激光管发出的光经透镜系统形成光斑打在光电二极管阵列上，数据处理和微位移输出电路的输出电压表示全部受光光电二极管的重心位置，该输出电压代表被测物体位移。

设光电二极管阵列有n个光电二极管，接受激光照射后输出电压为V₁…V_i…V_n；经n个低噪声前置放大器放大后并行送到由运算放大器构成的相加器，U₁为其输出电压，R_f为反馈电阻，G₁∧G_n为n个输入电阻的电导值和由运算放大器构成的辅助相加器，U₂为其输出电压， R_f为反馈电阻，n个输入电阻的电导值都为G；除法器输出电压为U＝U₁/U₂，其中故光电二极管阵列上激光强度分布为光斑覆盖多个二极管时，可设想一个等效光电二极管，其输出电压是V_∑，其序号可以是非整数，对应的权系数是G_∑，它对加法器输出的贡献等于全部受光二极管输出V₁…V_i…V_n贡献的总和，它表示光电二极管阵列全部受光二极管的一阶矩位置。

附图说明

图1为光学微位移测量原理图。图1中，1是被测物体；2是激光管；1与2有相同的位移，位移范围为d；3是透镜系统，4是光电二极管阵列，5是数据处理和微位移输出电路。

图1中的x，y，y′，f，f′，l，l′满足如下关系：

或或