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1、郑铁科技通讯2/2008工务工程线路激光测量仪的设计思路郑州铁路局科学技术研究所闫国珍!!!摘要:本文介绍了线路激光测量仪的设计思路,主要从总体方案、仪器构成!!!!和设计分析等几方面对其进行阐述,并对不同的方案进行了分析比!!较和试验。!!!!关键词:激光二维光电靶光学成像及处理!一、概述见图1。随着列车运行速度的提高,对铁路线1.1激光器:发射出650nm的准直激路设备的质量要求更加严格。与普通线路光束。相比,提速线路的长波不平顺度更为重要,1.2微调机构:调整平行光管的方向,因此其高低和方向的测量标准发生了极大保证光束投射到
2、接收靶面上。变化,测量基长由10米加长为70米和901.3定位装置:在钢轨上装卡、固定仪米。普通线路高低和方向的测量通常采用器。绳正法,该方法简单易行,便于操作。但当弦绳长度超过20米时,弦绳因风力、自重和自身张力的影响,难以拉直或无法稳定,导致检测结果误差较大或无法测量。因此目前对这种病害的检查要么使用经纬仪、水平仪,要么就是目测。前一种方法因成本高,操作复杂而不宜推广,而后一种方法完全依靠经验进行判断,主观性大,精度差。因此目前针对提速段线路病害的检查和消灭尚无有效可行的办法,急需一种测量线路长波不平顺度的新仪器。为此,郑州铁
3、路图1基本结构示意图局科研所研发出了线路激光测量仪。二、线路激光测量仪的总体方案1.4二维滑移机构(水平、垂直):保证1.仪器的结构组成测量触头与钢轨接触,消除钢轨侧磨和顶按照总体设想,该仪器由发射装置(定磨。位装置、激光器、微调机构)和接收装置(定1.5终点靶:激光束打到靶面上,提供位装置、二维滑移机构(水平、垂直)、光电测量基准。接收靶、成像及处理系统)两部分组成,详1.6中间靶:激光束在靶上形成光斑。13工务工程郑铁科技通讯2/20081.7光学成像系统:把光斑进一步处本仪器主要采用三角几何的原理进行理,使之能清晰地在CCD
4、上成像。测量,如图2所示。1.8数据处理系统:运用专用软件对光斑在CCD上的位置进行判读,得出光斑中心的坐标值,进而计算出测量点相对该弦的方向和高低值。经过多次论证后,我们对总体方案进行了优化,把终点靶和中间靶合二为一,减少了两个靶之间数据传输的环节,降低了成本,提高了定位的一致性。图2测量原理示意图2.主要技术参数根据相关技术要求,结合实际情况,确图中:A点为激光源,0点为终点靶的定激光测量仪的主要技术参数,详见表。中心,C点为激光束在中间靶上的光斑中心。表:主要技术参数通过调整激光源的方向,使其对准终点靶的中心后,保持两者不动
5、。然后把中间靶定位到光源和终点靶的中点处,光束在靶上的光斑中心为C点,C点与基准线(A0)中点的连线在X方向的投影线的长度(C点的坐标X1)即为C点相对A0弦的方向值;在Y方向的投影线的长度(C点的坐标Y1)即为C点相对A0弦的高低值。四、设计分析1.激光器的选取激光器是利用受激辐射原理、使光在某些受激发的工作物质中放大或发射的器三、测量原理件。激光器一般由工作介质、光泵和光学谐激光是一种受激辐射光,具有发射能振腔三部分组成。按照工作介质,可将其分力强、能量高度集中、亮度高、方向性好、为固体激光器、气体激光器、液体激光器和相干性好
6、、单色性好的特点,在大地测量、半导体激光器四种。激光显示、激光制导、激光测距及信号通随着半导体激光器的技术进一步成讯等许多领域都得到了广泛应用。本仪器熟,其应用批量和应用领域不断扩大。因半的原理就是利用激光良好的方向性,把激导体激光器体积小、重量轻、可靠性高、转光束作为准直基准,代替原来的弦绳,用换效率高、功耗低、驱动电源简单、能直接光电传感器代替钢板尺,数字显示代替人调制、结构简单、价格低廉、使用安全,其应工读数。这样既解决了钢轨参数的测量问用领域非常广泛。首先,考虑到该仪器主要题,又提高了测量精度,同时也提高了工在铁路沿线使用
7、,对体积、重量、驱动电源作效率。的要求比较高,故我们选择使用半导体激14郑铁科技通讯2/2008工务工程光器。其次我们要选择激光器的束散角,通吸附的方式。常市场上激光器的束散角主要有0.02mrad其次是定位面的选择。一种方案是利和0.05mrad两种。束散角的大小主要影响激用钢轨的下腭和侧面定位,另一种方案是光出口和在靶面上的光斑尺寸,束散角大利用钢轨的侧面和顶面定位,详见图3。了,光电靶的有效尺寸就要增大,成本会较大提高,而且能量相对分散,传输效率低,故选用了0.02mrad的产品。再次选取激光的波长,半导体激光的波长从目前已
8、开发并投放市场的半导体激光器的波段有370nm⋯⋯635nm、650nm⋯⋯1550nm等。其中370nm～390nm为紫外光波段,405nm～670nm为可见光波段,780nm～1550nm为红外光波段,1310nm、1550nm主要用于光纤方案
