CN115585789A - 一种远距离测量坡度的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种远距离测量坡度的装置，涉及工程测量技术领域，包括电阻式位移传感器、立杆、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、驱动机构、单片机。一种远距离测量坡度的装置的使用方法，包括底座调平调高、第三激光测距传感器检测、第一、第二激光测距传感器检测及计算坡度的步骤。本发明可通过自动化控制实现远距离坡面坡度的测量，测量过程简单方便，可提高测量效率，简化操作程序，降低工作量，坡度值可实时显示，不需要人工计算，坡度值测量准确，避免了人工误差，可为工程实践提供极大便利。

Description

一种远距离测量坡度的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，具体涉及一种远距离测量坡度的装置及使用方法。

背景技术

传统边坡坡度测量使用GPS或全站仪，测量坡顶和坡脚的水平距离及高差，利用高差/水平距离得到坡度。存在的不足之处：

(1)需要测量前的准备工作：需要GPS基准站等仪器的加设、全站仪定向设站等。

(2)测量过程繁琐：需要执尺人在坡顶、坡脚分别测量一次，才能得到结果。

(3)测量的结果需要内业处理，分别从仪器中得到高差和水平距离视距，再进行相除，不能直接显示。

(4)该测量方法不具备远距离测量坡度的能力。

发明内容

本发明提供了一种远距离测量坡度的装置及使用方法，目的是解决现有技术中(1)-(4)所述的问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种远距离测量坡度的装置，包括电阻式位移传感器、立杆、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、驱动机构、单片机，所述的电阻式位移传感器包括水平尺、滑动套接在水平尺上的刻度识别器，所述的刻度识别器侧端嵌设有单片机，在单片机的外侧设置有显示屏，所述的刻度识别器底端沿垂直于水平尺的方向设有立杆，所述的水平尺外表面的上部沿刻度方向设有电阻带，下部沿刻度方向设有铜带，所述的铜带的前端与电阻带前端电连接，所述的刻度识别器通过铜带与电阻带电连接，所述的水平尺上沿电阻带的起点至终点设有刻度线，所述的刻度识别器通过单片机与显示屏电连接；所述的立杆底端朝向水平尺的方向开设有第一安装孔，所述的第一安装孔内固定有第一激光测距传感器，所述的第一激光测距传感器沿垂直于立杆轴线的方向发射第一激光线，所述的第一激光线的起点立杆的底端中心点相交；所述的水平尺的端部开设有第二安装孔，第二安装孔内设有第二激光测距传感器，第二激光测距传感器发射的第二激光线穿过第二安装孔并沿着垂直于立杆的方向延伸，第二激光线的起点与水平尺的0刻度线对齐，且第二激光线与第一激光线的轴线位于同一立面内；所述的第三激光测距传感器有2个，分别对称设置于第一激光线与第二激光线的立面两侧，且2个第三激光测距传感器发射的第三激光线与立面的夹角角度相同；所述的第三激光测距传感器安装于1个转动平台上，所述的立杆底端通过固定座与转动平台顶端固定连接；所述的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器分别通过导线与单片机信号连接，所述的水平尺通过驱动机构的驱动沿水平方向移动，所述的驱动机构通过导线与单片机电连接。

优选的，所述的水平尺的底端设有直线滑槽，所述的刻度识别器的下端别嵌设有贯穿刻度识别器内部的滚轮，并通过滚轮与直线滑槽滑动连接，所述的水平尺的顶端设有一体成型的齿条结构，所述的刻度识别器顶端设有贯通刻度识别器内部的安装槽，所述的安装槽内转动连接有齿轮，所述的齿轮与齿条结构啮合连接，所述的驱动机构为固定设于刻度识别器外侧的第一伺服电机，所述的第一伺服电机的输出轴贯穿刻度识别器的侧壁并与齿轮的中心轴端部固定连接，在第一伺服电机的驱动下，齿轮带动齿条结构来回移动。

优选的，还包括支撑杆、底座，所述的支撑杆的顶端通过第二伺服电机与转动平台的底端中心处连接，所述的支撑杆的底端与底座的顶端固定连接，所述的底座下表面设有3个可调高支撑脚，所述的第二伺服电机通过导线与单片机电连接。

优选的，所述的可调高支撑脚包括沿纵向设置于底座下表面的电动推杆以及连接于电动推杆底端的万向轮，所述的单片机通过导线与各个电动推杆电连接，所述的底座的上表面设有倾角传感器，所述的倾角传感器与单片机通过导线信号连接。

优选的，所述的底座上表面还沿纵向设有支柱，所述的支柱有2个，2个支柱对称设置于支撑杆的两侧，所述的支柱的底端与底座上表面固定连接，支柱的顶端通过预设于转动平台底端的弧形滑槽与转动平台滑动连接。

优选的，所述的立杆上部设有固定平台，所述的第三激光测距传感器设于固定平台的上表面，所述的转动平台上表面还设有控制面板。

一种远距离测量坡度的装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1、将装置设于待测量坡度的坡面对侧，使水平尺端部朝向坡面，启动控制面板的单片机启动按钮；

步骤2、单片机启动各个电动推杆，使底座处于水平姿态；并调节电动推杆的高度，使转动平台处于预设的工作高度；

步骤3、单片机启动第二伺服电机及2个第三激光测距传感器，通过转动平台的转动带动第三激光测距传感器移动，当2个第三激光测距传感器测量的距离相同时，单片机停止第二伺服电机并锁定位置，此时，装置处于正对坡面的角度；

步骤4、单片机启动第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，同时启动第一伺服电机，通过第一伺服电机来回移动水平尺，当第一激光测距传感器和第二激光测距传感器测量的距离相同时，单片机停止第一伺服电机并锁定位置；

步骤5、单片机依据所识别的水平尺的刻度、立杆的高度，根据公式：坡度＝立杆的高度/水平尺的刻度，计算坡面的坡度，其中水平尺的刻度代表了当第二激光线的起始端与坡面相抵时，第二激光线的起始端与立杆轴线之间的水平距离，立杆的高度代表了，当第一激光线的起始端与坡面相抵时，第一激光线的起始端至第一激光线与第二激光线的交点之间的高度差，即坡度＝坡顶与坡底的高度差/坡顶与坡底的水平距离，所得到的坡度值通过显示屏显示。

本发明一种远距离测量坡度的装置及使用方法的有益效果为：

本发明可通过自动化控制实现远距离坡面坡度的测量，测量过程简单方便，可提高测量效率，简化操作程序，降低工作量，坡度值可实时显示，不需要人工计算，坡度值测量准确，避免了人工误差，可为工程实践提供极大便利。

附图说明：

图1、本发明的正面结构示意图；

图2、本发明A处的局部结构放大剖视图；

图3、本发明A处的局部结构放大正视图；

图4、本发明水平尺与刻度识别器的侧剖图；

图5、本发明的使用原理俯视图(图中示出了第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器俯视角度的位置关系)；

图6、本发明的使用原理侧视图；

图7、本发明的立杆和水平尺平移至坡面时的原理图；

图8、本发明转动平台的仰视图；

1、底座；2、电动推杆；3、万向轮；4、控制机构；5、支撑杆；6、支柱；7、弧形滑槽；8、第二伺服电机；9、转动平台；10、第一激光测距传感器；11、第一安装孔；12、立杆；13、第二激光测距传感器；14、齿条结构；15、齿轮；16、第一伺服电机；17、显示屏；18、刻度识别器；19、水平尺；20、第二安装孔；21、滚轮；22、直线滑槽；23、固定平台；24、第三激光测距传感器；25、电阻带；26、刻度线；27、铜带；28、控制面板；29、坡；30、第二激光线；31、第一激光线；32、第三激光线A；33、第三激光线B；34、第一激光线的起点；35、第二激光线的起点。

具体实施方式：

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种远距离测量坡度的装置，如图1-8所示，包括电阻式位移传感器、立杆12、第一激光测距传感器10、第二激光测距传感器13、第三激光测距传感器24、驱动机构、单片机，所述的电阻式位移传感器包括水平尺19、滑动套接在水平尺上的刻度识别器18(刻度识别器是对滑动套接在水平尺上的部分的称谓，因具有刻度识别功能，故叫做刻度识别器，相关技术内容可参考电阻式位移传感器，未述及内容以现有方案解释)，所述的刻度识别器18侧端嵌设有单片机(图中未画出)，在单片机的外侧设置有显示屏17，所述的刻度识别器18底端沿垂直于水平尺的方向设有立杆12，所述的水平尺19外表面的上部沿刻度方向设有电阻带25，下部沿刻度方向设有铜带27，所述的铜带27的前端与电阻带25前端电连接，所述的刻度识别器18通过铜带27与电阻带25电连接，所述的水平尺19上沿电阻带25的起点至终点设有刻度线26，所述的刻度识别器18通过单片机与显示屏17电连接；刻度识别的原理：由于刻度识别器在水平尺上的位置不同，故其连接的电阻带的阻值也不同，依据阻值和刻度之间的对应关系可识别水平尺的刻度；

如图1、2所示，所述的立杆12底端朝向水平尺19的方向开设有第一安装孔11，所述的第一安装孔11内固定有第一激光测距传感器10，所述的第一激光测距传感器10沿垂直于立杆轴线的方向发射第一激光线31，所述的第一激光线31的起点立杆12的底端中心点相交；所述的水平尺19的端部开设有第二安装孔20，第二安装孔20内设有第二激光测距传感器13，第二激光测距传感器13发射的第二激光线30穿过第二安装孔20并沿着垂直于立杆的方向延伸，第二激光线30的起点与水平尺的0刻度线对齐，且第二激光线30与第一激光线31的轴线位于同一立面内；

如图1-3、5所示，所述的第三激光测距传感器24有2个，分别对称设置于第一激光线与第二激光线的立面两侧，且2个第三激光测距传感器24发射的第三激光线与立面的夹角角度相同，如图5所示，角a与角b的角度相同；所述的第三激光测距传感器安装于1个转动平台9上，所述的立杆12底端通过固定座与转动平台9顶端固定连接；所述的第一激光测距传感器10、第二激光测距传感器13、第三激光测距传感器24分别通过导线与单片机信号连接，所述的水平尺19通过驱动机构的驱动沿水平方向移动，所述的驱动机构通过导线与单片机电连接。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例进一步改进为：

如图2、4所示，所述的水平尺19的底端设有直线滑槽22，所述的刻度识别器18的下端别嵌设有贯穿刻度识别器内部的滚轮21，并通过滚轮21与直线滑槽22滑动连接，所述的水平尺19的顶端设有一体成型的齿条结构14，所述的刻度识别器18顶端设有贯通刻度识别器内部的安装槽，所述的安装槽内转动连接有齿轮15，所述的齿轮15与齿条结构14啮合连接，所述的驱动机构为固定设于刻度识别器18外侧的第一伺服电机16，所述的第一伺服电机16的输出轴贯穿刻度识别器的侧壁并与齿轮15的中心轴端部固定连接，在第一伺服电机16的驱动下，齿轮带动齿条结构来回移动，即带动水平尺19来回移动。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例进一步改进为：

如图1所示，还包括支撑杆5、底座1，所述的支撑杆5的顶端通过第二伺服电机8与转动平台9的底端中心处连接，所述的支撑杆5的底端与底座1的顶端固定连接，所述的底座1下表面设有3个可调高支撑脚，所述的第二伺服电机8通过导线与单片机电连接。

如图1所示，所述的可调高支撑脚包括沿纵向设置于底座1下表面的电动推杆2以及连接于电动推杆2底端的万向轮3，所述的单片机通过导线与各个电动推杆2电连接，所述的底座1的上表面设有倾角传感器(图中未画出)，所述的倾角传感器与单片机通过导线信号连接。

本实施例中，可调高支撑脚用于调节装置的高度，以满足测量需要，同时通过可调高支撑脚可调节底座的水平度，底座处于水平时，水平尺位于水平姿态，立杆位于纵向姿态。

实施例4：

在实施例3的基础上，本实施例进一步改进为：

如图1、8所示，所述的底座1上表面还沿纵向设有支柱6，所述的支柱6有2个，2个支柱6对称设置于支撑杆5的两侧，所述的支柱6的底端与底座1上表面固定连接，支柱6的顶端通过预设于转动平台9底端的弧形滑槽7与转动平台9滑动连接。支柱的作用是保持转动平台的稳定，弧形滑槽限定了一定的旋转角度，使转动平台朝向坡面时在一定角度内转动。

实施例5：

在实施例4的基础上，本实施例进一步改进为：

如图1-3所示，所述的立杆12上部设有固定平台23，所述的第三激光测距传感器24设于固定平台23的上表面，所述的转动平台9上表面还设有控制面板28。

实施例6：

在以上实施例的基础上，本实施例进一步公开了：

一种远距离测量坡度的装置的使用方法，如图1-8所示，包括如下步骤：

步骤1、将装置设于待测量坡度的坡面对侧，使水平尺端部朝向坡面，启动控制面板的单片机启动按钮；

步骤2、单片机启动各个电动推杆，使底座处于水平姿态；并调节电动推杆的高度，使转动平台处于预设的工作高度；

步骤3、单片机启动第二伺服电机及2个第三激光测距传感器，通过转动平台的转动带动第三激光测距传感器移动，当2个第三激光测距传感器(由于预先已经将水平尺端部朝向坡面，故转动过程中，第三激光线会投射在坡面上)测量的距离相同时，单片机停止第二伺服电机并锁定位置，此时，装置处于正对坡面的角度；

步骤4、单片机启动第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，同时启动第一伺服电机，通过第一伺服电机来回移动水平尺，当第一激光测距传感器和第二激光测距传感器测量的距离相同时，单片机停止第一伺服电机并锁定位置；

步骤5、单片机依据所识别的水平尺的刻度、立杆的高度，根据公式：坡度＝立杆的高度/水平尺的刻度，计算坡面的坡度，其中水平尺的刻度代表了当第二激光线的起始端与坡面相抵时，第二激光线的起始端与立杆轴线之间的水平距离，立杆的高度代表了，当第一激光线的起始端与坡面相抵时，第一激光线的起始端至第一激光线与第二激光线的交点之间的高度差，即坡度＝坡顶与坡底的高度差/坡顶与坡底的水平距离，所得到的坡度值通过显示屏显示。

本发明的使用原理：

如图5所示，当2个第三激光测距传感器测量的距离相同时，意味着第二激光线30与第一激光线31的轴线所在立面与坡面垂直，故为标准测量位置。在此测量位置下，当第一激光测距传感器与第二激光测距传感器测量的距离相同时，如图8所示，则意味着立杆底部(第一激光线的起点位置)和水平尺端部(第二激光线的起点位置)向坡面方向移动该距离后均能同时与坡面相抵，此时，水平尺的刻度值代表了所测量坡段的顶部与底部之间的水平距离，而立杆的高度则代表了坡顶和坡底的高度差，单片机计算立杆的长度与水平尺的刻度值的比值，就得到了坡面的坡度值。

Claims (7)

1.一种远距离测量坡度的装置，其特征为：包括电阻式位移传感器、立杆、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、驱动机构、单片机，所述的电阻式位移传感器包括水平尺、滑动套接在水平尺上的刻度识别器，所述的刻度识别器侧端嵌设有单片机，在单片机的外侧设置有显示屏，所述的刻度识别器底端沿垂直于水平尺的方向设有立杆，所述的水平尺外表面的上部沿刻度方向设有电阻带，下部沿刻度方向设有铜带，所述的铜带的前端与电阻带前端电连接，所述的刻度识别器通过铜带与电阻带电连接，所述的水平尺上沿电阻带的起点至终点设有刻度线，所述的刻度识别器通过单片机与显示屏电连接；所述的立杆底端朝向水平尺的方向开设有第一安装孔，所述的第一安装孔内固定有第一激光测距传感器，所述的第一激光测距传感器沿垂直于立杆轴线的方向发射第一激光线，所述的第一激光线的起点立杆的底端中心点相交；所述的水平尺的端部开设有第二安装孔，第二安装孔内设有第二激光测距传感器，第二激光测距传感器发射的第二激光线穿过第二安装孔并沿着垂直于立杆的方向延伸，第二激光线的起点与水平尺的0刻度线对齐，且第二激光线与第一激光线的轴线位于同一立面内；所述的第三激光测距传感器有2个，分别对称设置于第一激光线与第二激光线的立面两侧，且2个第三激光测距传感器发射的第三激光线与立面的夹角角度相同；所述的第三激光测距传感器安装于1个转动平台上，所述的立杆底端通过固定座与转动平台顶端固定连接；所述的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器分别通过导线与单片机信号连接，所述的水平尺通过驱动机构的驱动沿水平方向移动，所述的驱动机构通过导线与单片机电连接。

2.如权利要求1所述的一种远距离测量坡度的装置，其特征为：所述的水平尺的底端设有直线滑槽，所述的刻度识别器的下端别嵌设有贯穿刻度识别器内部的滚轮，并通过滚轮与直线滑槽滑动连接，所述的水平尺的顶端设有一体成型的齿条结构，所述的刻度识别器顶端设有贯通刻度识别器内部的安装槽，所述的安装槽内转动连接有齿轮，所述的齿轮与齿条结构啮合连接，所述的驱动机构为固定设于刻度识别器外侧的第一伺服电机，所述的第一伺服电机的输出轴贯穿刻度识别器的侧壁并与齿轮的中心轴端部固定连接，在第一伺服电机的驱动下，齿轮带动齿条结构来回移动。

3.如权利要求2所述的一种远距离测量坡度的装置，其特征为：还包括支撑杆、底座，所述的支撑杆的顶端通过第二伺服电机与转动平台的底端中心处连接，所述的支撑杆的底端与底座的顶端固定连接，所述的底座下表面设有3个可调高支撑脚，所述的第二伺服电机通过导线与单片机电连接。

4.如权利要求3所述的一种远距离测量坡度的装置，其特征为：所述的可调高支撑脚包括沿纵向设置于底座下表面的电动推杆以及连接于电动推杆底端的万向轮，所述的单片机通过导线与各个电动推杆电连接，所述的底座的上表面设有倾角传感器，所述的倾角传感器与单片机通过导线信号连接。

5.如权利要求4所述的一种远距离测量坡度的装置，其特征为：所述的底座上表面还沿纵向设有支柱，所述的支柱有2个，2个支柱对称设置于支撑杆的两侧，所述的支柱的底端与底座上表面固定连接，支柱的顶端通过预设于转动平台底端的弧形滑槽与转动平台滑动连接。

6.如权利要求5所述的一种远距离测量坡度的装置，其特征为：所述的立杆上部设有固定平台，所述的第三激光测距传感器设于固定平台的上表面，所述的转动平台上表面还设有控制面板。

7.如权利要求6所述的一种远距离测量坡度的装置的使用方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1、将装置设于待测量坡度的坡面对侧，使水平尺端部朝向坡面，启动控制面板的单片机启动按钮；

步骤2、单片机启动各个电动推杆，使底座处于水平姿态；并调节电动推杆的高度，使转动平台处于预设的工作高度；

步骤3、单片机启动第二伺服电机及2个第三激光测距传感器，通过转动平台的转动带动第三激光测距传感器移动，当2个第三激光测距传感器测量的距离相同时，单片机停止第二伺服电机并锁定位置，此时，装置处于正对坡面的角度；

步骤4、单片机启动第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，同时启动第一伺服电机，通过第一伺服电机来回移动水平尺，当第一激光测距传感器和第二激光测距传感器测量的距离相同时，单片机停止第一伺服电机并锁定位置；

步骤5、单片机依据所识别的水平尺的刻度、立杆的高度，根据公式：坡度＝立杆的高度/水平尺的刻度，计算坡面的坡度，其中水平尺的刻度代表了当第二激光线的起始端与坡面相抵时，第二激光线的起始端与立杆轴线之间的水平距离，立杆的高度代表了，当第一激光线的起始端与坡面相抵时，第一激光线的起始端至第一激光线与第二激光线的交点之间的高度差，即坡度＝坡顶与坡底的高度差/坡顶与坡底的水平距离，所得到的坡度值通过显示屏显示。

Images