激光變形量測系統基本原理

     激光變形量測系統是將激光準直技術、光電成像技術、圖像處理技術、互聯網數據通信繼續融合在一起的變形光纖光柵量測技術，是玨光科技針對高鐵、地鐵、橋梁等土木工程自主研發的激光變形量測系統，相關技術已經申請國家，擁有完整的知識產權。 由主要三部分組成：

? 激光發射器

? 二維圖像傳感器

? 激光變形量測一體機

圖1  激光變形量測系統架構圖

       激光變形量測一體機為系統的核心，它可以設定測量時間間隔、激光發射器的工作時間、二維圖像傳感器的通訊和采集， 控制二維圖像傳感器和激光發射器的電源。 然后激光變形量測一體機將數據轉發給云端服務器，從而完成整個系統的數據采集。 從云端的服務器也可以發指令給激光形變量測一體機， 使其按照云端服務的設定而進行數據采集。 

        本系統利用激光的單向性，從一個測點將激光對準另外一個測點的成像靶面，在固定成像光電器件、激光器和成像靶面的情況下，在成像靶面上顯示激光光斑，將初始的光斑位置拍照后，經過圖像處理的方法找出激光光斑的中心位置，信號處理系統可以通過無線網絡將數據發送到服務器，以記錄其初始的光斑位置。當測點2相對于測點1發生位移，那么在成像靶面上的激光光斑發生位移，系統再次拍照，經過同樣的處理，將數據記錄，根據兩次的測量數據，從而可以得到兩測點的相對位移?X、?Y。

1) 理論分辨率        由于系統采用CMOS成像法，我們采用合適的鏡頭(6mm焦距)將靶面的面積為DxL的面積成像于dxl的CMOS上，CMOS的像素有2592 ×1944，由于我們采用的成像靶面尺寸為80mmx60，這樣，每像素的分辨率為80/2592mm/pixel＝0.0309mm， 這就是我們的理論分辨率。2) 空氣流動對儀器精度的影響及實際精度        對于30米距離的空氣擾動而言，在地鐵隧道中，我們測試的結果單次測量的精度小于為1mm，即±0.5mm。        空氣流動對系統誤差的貢獻是一個隨機誤差，因此可以采用多次測量求平均的方法來實現更高的精度，多次測量隊精度提高，可以用下列公式來表達：           式中：σ—隨機誤差；    n—測量次數；         T—測量值；       S—信號的真實值。         由于我們測量一個通道(假設8對激光沉降儀為一個通道，考慮到靜力水準儀是8個儀器一個通道)，測量時間為8×0.3s＝2.4s， 測量100次可以提高隨機誤差的10倍的精度，采用240秒測量一次，應該是可以接受的，從上述分析，可知單臺激光沉降儀的隨機誤差為：0.5－0.1＝0.4mm        如果采用100次累加，那么精度應該是 0.1＋0.4/10＝0.14mm. 因此采用100次平均累加后，單臺激光沉降儀的精度為±0.14mm。

 圖2