一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及干灘長(zhǎng)度測(cè)量領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置及其測(cè)量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在尾礦庫(kù)安全技術(shù)領(lǐng)域中，尾礦庫(kù)主要是通過(guò)尾礦壩攔截尾礦礦漿中的固體尾礦 和水，隨著礦漿中水的匯聚，固體尾礦由于受到水的沖擊而在尾礦壩的攔截面上形成沉積 體，沉積體的表層露出水面部分通常被稱為干灘；干灘的最高點(diǎn)位于干灘與尾礦壩外坡的 交匯處，此處通常被稱為灘頂；干灘的灘頂至尾礦庫(kù)內(nèi)水邊邊面之間的水平距離通常被稱 為干灘長(zhǎng)度。干灘長(zhǎng)度是衡量尾礦庫(kù)是否安全運(yùn)行的重要指標(biāo)，如果超標(biāo)可能引發(fā)庫(kù)內(nèi)水 位漫頂、尾礦庫(kù)潰壩等安全事故，因此，必須對(duì)尾礦庫(kù)的干灘長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。
[0003] 目前，對(duì)尾礦庫(kù)的干灘長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量的方法主要是光學(xué)圖像識(shí)別法和坡度推算 法。其中，光學(xué)圖像識(shí)別法受氣候條件和光線條件的影響十分嚴(yán)重，在大風(fēng)揚(yáng)沙、大霧、大 雨或者夜晚等能見(jiàn)度較低的情況下，攝像頭無(wú)法獲取到尾礦庫(kù)的清晰圖像，因此這種方法 此時(shí)的測(cè)量精度極低，甚至無(wú)法完成測(cè)量；如申請(qǐng)?zhí)枮?01010162210. 2的發(fā)明專利，公開(kāi) 一種測(cè)量干灘坡度和長(zhǎng)度的裝置和方法，是根據(jù)干灘頂部的高程和水位面高程以及干灘的 坡度，求出干灘的長(zhǎng)度。而由于干灘灘面沉積過(guò)程不規(guī)則，實(shí)際的干灘面并不是一個(gè)平坦斜 面，該方法僅根據(jù)兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)就確定干灘長(zhǎng)度的方法，是基于干灘面為平坦斜面的前提的， 在干灘長(zhǎng)度的非線性頻繁變化時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)會(huì)發(fā)生較大變化，造成現(xiàn)有的測(cè)量精度低，且操 作不便，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的實(shí)時(shí)自動(dòng)化采集；由于尾礦所形成的干灘為松軟狀態(tài)，固 定在干灘頂部邊兩頭的兩根直桿會(huì)由于自身重量以及其上設(shè)置的激光器、光電器件的重量 而產(chǎn)生沉陷或傾斜，造成測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差；同時(shí)，由于干灘上尾礦的增加，直桿會(huì)被逐漸 埋沒(méi)而無(wú)法回收，需要階段性的重新埋設(shè)直桿，造成設(shè)備資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，利用現(xiàn)有的測(cè)量裝置測(cè)量干灘長(zhǎng)度時(shí)，易受氣 候和能見(jiàn)度的影響，測(cè)量裝置易受干灘灘面狀態(tài)影響，進(jìn)而造成測(cè)量誤差大和設(shè)備資源浪 費(fèi)的缺陷，提供一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置，設(shè)有一個(gè) 由單片機(jī)作為主控元件的控制單元和一個(gè)機(jī)頭，機(jī)頭內(nèi)置有用于測(cè)量干灘長(zhǎng)度的激光發(fā)送 裝置和與其配套的激光接收裝置，該測(cè)量裝置還包括底座、調(diào)節(jié)支架、第一電機(jī)和第二電 機(jī)，調(diào)節(jié)支架的兩端均通過(guò)滑塊配合固定在底座兩側(cè)設(shè)置的滑軌內(nèi)，第一電機(jī)的電機(jī)座鉸 接在調(diào)節(jié)支架上，第二電機(jī)通過(guò)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一電機(jī)的電機(jī)座的俯仰運(yùn)動(dòng)，所述的 機(jī)頭與第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，且第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與用于測(cè)量機(jī)頭旋轉(zhuǎn) 位置信息的旋轉(zhuǎn)編碼器連接。
[0006] 為保證設(shè)備的使用壽命，在機(jī)頭上鉸接有對(duì)應(yīng)于激光發(fā)送和接收路徑的開(kāi)合門(mén)， 機(jī)頭內(nèi)設(shè)有由控制單元控制的舵機(jī)，舵機(jī)通過(guò)舵機(jī)連桿與開(kāi)合門(mén)連接。
[0007] 該測(cè)量裝置通過(guò)人工對(duì)調(diào)節(jié)支架位置的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)第一電機(jī)的電機(jī)座的左右傾斜 位置調(diào)整。該測(cè)量裝置在測(cè)量過(guò)程的運(yùn)動(dòng)包括：（1)機(jī)頭通過(guò)硬連接器與第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 軸形成硬鏈接，第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)頭就同步轉(zhuǎn)動(dòng)；（2)旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)軟連接器也 與第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)編碼器就同步轉(zhuǎn)動(dòng)；（3)第二電機(jī) 通過(guò)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為機(jī)頭的俯仰擺動(dòng)提供動(dòng)力，螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由螺桿以及與螺桿螺紋連接 的螺母組成，螺母鉸接在調(diào)節(jié)支架上，所述的第二電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與螺桿的 一端連接，第二電機(jī)固定在第一電機(jī)的電機(jī)座上；（4)控制單元控制舵機(jī)，通過(guò)舵機(jī)拉桿實(shí) 現(xiàn)開(kāi)合門(mén)的開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)，是由單片機(jī)完成控制算法，再將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)輸出到舵 機(jī)，由于單片機(jī)是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號(hào)的變化完全依靠硬件計(jì)數(shù)，受外界干擾較小， 整個(gè)系統(tǒng)工作可靠。
[0008] 利用上述干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置測(cè)量干灘長(zhǎng)度的方法，包括以下步驟：步驟一、將上述 的干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置固定在干灘外部山體上，在干灘灘頂上標(biāo)定起始原點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)支架、 第一電機(jī)和第二電機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)頭的位置和角度，使其內(nèi)置的激光發(fā)送裝置的發(fā)送路徑正對(duì)起 始原點(diǎn)，并測(cè)量該測(cè)量裝置與起始原點(diǎn)之間的直線距離，記錄為Di，單位為m; 步驟二、利用控制單元控制第一電機(jī)帶動(dòng)機(jī)頭旋轉(zhuǎn)，使機(jī)頭中激光發(fā)送裝置發(fā)射的激 光從起始原點(diǎn)開(kāi)始，對(duì)干灘灘頂?shù)剿嬷g的區(qū)域進(jìn)行一次完整的掃描，掃描的同時(shí)記錄 激光經(jīng)過(guò)干灘面或水面時(shí)，返回至激光接收裝置中的漫反射光信號(hào)； 步驟三、控制單元的單片機(jī)根據(jù)激光接收裝置收集的漫反射光信號(hào) 的強(qiáng)弱和有無(wú)進(jìn)行分析得出干灘面與水面的交界點(diǎn)，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器 的測(cè)量結(jié)果得到機(jī)頭對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)至交界點(diǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度0，然后根據(jù)公式 f計(jì)算出交界點(diǎn)與測(cè)量裝置之間的距離D2，單位為m;其中，c表示激光在空氣中的傳 播速度，單位為m/s;t表示激光從激光發(fā)送裝置發(fā)出，到返回激光接收裝置所需的時(shí)間，單 位為s; 步驟四、根據(jù)公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置，設(shè)有一個(gè)由單片機(jī)作為主控元件的控制單元和一個(gè)內(nèi)置有 用于測(cè)量干灘長(zhǎng)度的激光發(fā)送裝置（10)以及激光接收裝置（11)的機(jī)頭（1)，其特征在于： 該測(cè)量裝置還包括底座（2)、調(diào)節(jié)支架（3)、第一電機(jī)（6)和第二電機(jī)（7)，調(diào)節(jié)支架（3)的兩 端均通過(guò)滑塊配合固定在底座兩側(cè)設(shè)置的滑軌內(nèi)，第一電機(jī)（6 )的電機(jī)座（60 )鉸接在調(diào)節(jié) 支架（3 )上，第二電機(jī)（7 )通過(guò)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一電機(jī)（6 )的電機(jī)座（60 )的俯仰運(yùn)動(dòng)， 所述的機(jī)頭（1)與第一電機(jī)（6)的驅(qū)動(dòng)軸連接，且第一電機(jī)（6)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與 用于測(cè)量機(jī)頭（1)旋轉(zhuǎn)角度信息的旋轉(zhuǎn)編碼器（12)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于：所述的機(jī)頭（1)上鉸 接有對(duì)應(yīng)于激光發(fā)送和接收路徑的開(kāi)合門(mén)（13)，機(jī)頭（1)內(nèi)設(shè)有由控制單元控制的舵機(jī) (14 )，舵機(jī)（14 )通過(guò)舵機(jī)連桿（15 )與開(kāi)合門(mén)（13 )連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于：所述的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 由螺桿（8)以及與螺桿（8)螺紋連接的螺母（9)組成，螺母（9)鉸接在調(diào)節(jié)支架（3)上，所 述的第二電機(jī)（7)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與螺桿（8)的一端連接，第二電機(jī)（7)固定在第 一電機(jī)（6 )的電機(jī)座（60 )上。
4. 利用權(quán)利要求1所述的一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置測(cè)量干灘長(zhǎng)度的方法，其特征在于， 包括以下步驟： 步驟一、將所述的干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置固定在干灘外部山體上，在干灘灘頂上標(biāo)定起始 原點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)支架（3)、第一電機(jī)（6)和第二電機(jī)（7)調(diào)節(jié)機(jī)頭（1)的位置和角度，使其激 光發(fā)送裝置（10)對(duì)準(zhǔn)起始原點(diǎn)，并測(cè)量該測(cè)量裝置與起始原點(diǎn)之間的直線距離，記錄為D1, 單位為m; 步驟二、利用控制單元控制第一電機(jī)（6)帶動(dòng)機(jī)頭（1)旋轉(zhuǎn)，使機(jī)頭（1)中激光發(fā)送裝 置（10)發(fā)射的激光從起始原點(diǎn)開(kāi)始，對(duì)干灘灘頂?shù)剿嬷g的區(qū)域進(jìn)行一次完整的掃描， 掃描的同時(shí)記錄激光經(jīng)過(guò)干灘面或水面時(shí)，返回至激光接收裝置（11)中的漫反射光信號(hào)； 步驟三、控制單元的單片機(jī)根據(jù)激光接收裝置（11)收集到的漫反射 光信號(hào)的強(qiáng)弱和有無(wú)進(jìn)行分析得出干灘面與水面的交界點(diǎn)，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編 碼器的測(cè)量結(jié)果得到機(jī)頭旋轉(zhuǎn)至交界點(diǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度0，然后根據(jù)公式
計(jì)算出交界點(diǎn)與測(cè)量裝置之間的距離D2，其中，c表示激光在空氣中的傳播速度，單 位為m/s;t表示激光從激光發(fā)送裝置（10)發(fā)出，到返回激光接收裝置所需的時(shí)間，單位為s；
直線距離D，即為干灘長(zhǎng)度。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種干灘長(zhǎng)度的測(cè)量方法，其特征在于：在掃描干灘灘頂?shù)剿?面之間的區(qū)域的過(guò)程中，將記錄的漫反射光信號(hào)和旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量結(jié)果與基于掃描時(shí)間的 時(shí)間戳信息相關(guān)聯(lián)，根據(jù)時(shí)間戳信息在記錄中找到機(jī)頭旋轉(zhuǎn)至交界點(diǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度9。
【專利摘要】一種干灘長(zhǎng)度測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，該測(cè)量裝置設(shè)有一控制單元和一機(jī)頭，機(jī)頭內(nèi)置有激光發(fā)送裝置和激光接收裝置，還包括底座、調(diào)節(jié)支架、第一電機(jī)和第二電機(jī)，調(diào)節(jié)支架的兩端均通過(guò)滑塊配合固定在底座兩側(cè)設(shè)置的滑軌內(nèi)，第一電機(jī)的電機(jī)座鉸接在調(diào)節(jié)支架上，第二電機(jī)通過(guò)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一電機(jī)的電機(jī)座的俯仰運(yùn)動(dòng)，機(jī)頭與第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接，且第一電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器連接。本發(fā)明根據(jù)測(cè)量裝置與起始原點(diǎn)之間的距離、測(cè)量裝置與干灘面和水面交界點(diǎn)的距離、機(jī)頭對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)至該交界點(diǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算出干灘長(zhǎng)度，避免因干灘沉陷造成測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差和設(shè)備被埋沒(méi)的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)干灘面的遠(yuǎn)程測(cè)量，測(cè)量精度高。
【IPC分類(lèi)】G01C3-28
【公開(kāi)號(hào)】CN104713521
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510156580
【發(fā)明人】劉有兵, 趙虎嘉, 蒲弘毅, 李小群
【申請(qǐng)人】洛陽(yáng)飛輝虹科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年4月3日