专利名称：模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程掘进定位装置，尤其是一种模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置。
背景技术：
模型试验通过在模型中模拟地下工程基岩或围岩的受力及地质构造，保证模型与实际情况尽量相符，从而研究大型地下工程结构围岩稳定和支护系统优化设计、验证数值模拟结果及合理施工方案的重要手段。由于模型采用相似比尺缩放，掘进进尺要求精度较高，但是模型掘进施工空间有限，如何控制掘进方向和控制掘进进尺，对实验数据的准确性和试验成功与否有重要的影响。

发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，该装置结构简单，易于控制，可用于模拟掘进或其他因素影响下的模型试验地下工程施工过程，指导掘进方向，控制掘进进尺，防止超欠挖情况的发生，有利于提高模型试验施工的精确性以及加快工程掘进的进度。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，包括控制系统，控制系统通过数字信号处理器与光电发射系统相连，光电发射系统发射的激光通过光反射结构进入光电接收系统，光电接收系统通过后处理系统与显示系统相连，光电信号经后处理系统处理后显不在显不系统。所述的光电发射系统包括与数字信号处理器相接的驱动电路和受驱动电路控制的激光发射器，激光发射器优选半导体激光器。所述的光电接收系统包括光电转化器和与后处理系统相连的门电路。所述的光反射结构包括置于掘进器材上的反射镜、反射镜与激光发射器间的分光镜、与分光镜呈固定高度的固定反射镜，激光经分光镜分成反射光和透射光，反射光射到固定反射镜并反射，透射光透射到掘进器材上的反射镜并反射，两者在分光镜汇合成相干光束射到光电转换器。所述的后处理系统包括计数器和与显示系统相连的数字信号处理器。本发明采用基于光波干涉原理的干涉定位，可以实现模型试验施工的精确控制， 特别是在工程掘进方向控制和掘进进尺控制方面，有利于防止超欠挖情况的发生，保证模型试验施工的精确性，并且可以大幅加快工程掘进的进度。


图1是本发明实施例的结构框图2是本发明光干涉定位方法原理图；其中1.控制系统、2.数字信号处理器、3.计数器，4.驱动电路，5.激光发射器， 6.光反射结构，7.光电转化器，8.门电路，9.显示系统，10.光电发射系统，11.光电接收系统，12.后处理系统，13.分光镜，14.反射镜，15.固定反射镜。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，包括控制系统1，控制系统1通过数字信号处理器2与光电发射系统10相连，光电发射系统10发射的激光通过置于掘进器材上的光反射结构6进入光电接收系统11，光电接收系统11通过后处理系统12与显示系统9相连，光电信号经后处理系统12处理后显示在显示系统9。所述的光电发射系统10包括与数字信号处理器2相接的驱动电路4和受驱动电路4控制的激光发射器5，激光发射器5优选半导体激光器，具有体积小、结构简单、稳定性好的特点，所发射的650nm的红色可见激光，不仅可以清晰瞄准，还有利于保护眼睛；所述的光电接收系统11包括光电转化器7和与后处理系统12相连的门电路8，光电转化器7拟采用雪崩光电二极管APD，具有对微弱信号敏感及信号转换过程不失真的特点；所述的后处理系统12包括计数器3和与显示系统9相连的数字信号处理器2，数字信号处理器作为系统的核心部件，应当具有对各个可编程芯片进行控制和初始化、对采集的数据进行数字鉴相以及对数据进行综合处理的作用，因此本专利拟采用市面上常见的TMS320VCM02芯片。本发明为基于光波干涉原理的干涉定位，实施过程中，数字信号处理器将控制系统输入的指令传递给驱动电路，控制半导体激光器发射出650nm的红色可见激光。所述的光反射结构6包括置于掘进器材上的反射镜14、反射镜14与激光发射器5间的分光镜13、 与分光镜13呈固定高度的固定反射镜15，激光经分光镜13分成反射光和透射光，反射光射到固定反射镜15并反射，透射光透射到掘进器材上的反射镜14并反射，两者在分光镜汇合成相干光束射到光电转换器7，经过光电转换、后处理系统由计数器计数。由于分光镜与固定反光镜的距离已知，数字信号处理器计算并显示出距掘进面的距离。由于测距精度足够高，该发明可以精确计算并显示掘进进尺，同时发射的红色可见光可以保证掘进的方向，防止超欠挖的发生。
权利要求
1.模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，其特征是，包括控制系统，控制系统通过数字信号处理器与激光发射系统相连，激光发射系统发射的激光通过光反射结构进入光电接收系统，光电接收系统通过后处理系统与显示系统相连，光电信号经后处理系统处理后显示在显示系统。
2.根据权利要求1所述的模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，其特征是，所述的激光发射系统包括与数字信号处理器相接的驱动电路和受驱动电路控制的激光发射器。
3.根据权利要求2所述的模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，其特征是，激光发射器为半导体激光器。
4.根据权利要求1、2或3所述的模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，其特征是，所述的光电接收系统包括光电转化器和与后处理系统相连的门电路。
5.根据权利要求4所述的模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，其特征是，所述的光反射结构包括置于掘进器材上的反射镜、反射镜与激光发射器间的分光镜、与分光镜呈固定高度的固定反射镜，激光经分光镜分成反射光和透射光，反射光射到固定反射镜并反射，透射光透射到掘进器材上的反射镜并反射，两者在分光镜汇合成相干光束射到光电转换器。
6.根据权利要求1所述的模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，其特征是，所述的后处理系统包括计数器和与显示系统相连的数字信号处理器。
全文摘要
本发明涉及模型试验中地下工程掘进控制用光发射定位装置，包括控制系统，控制系统通过数字信号处理器与激光发射系统相连，激光发射系统发射的激光通过光反射结构进入光电接收系统，光电接收系统通过后处理系统与显示系统相连，光电信号经后处理系统处理后显示在显示系统。本发明采用基于光波干涉原理的干涉定位，可以实现模型试验施工的精确控制，有利于防止超欠挖情况的发生，保证模型试验施工的精确性，并且可以大幅加快工程掘进的进度。
文档编号G01C3/00GK102384738SQ20111022656
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者周毅, 宋曙光, 李利平, 李景龙, 李术才, 许振浩 申请人:山东大学