側(cè)視式孔內(nèi)電視系統(tǒng)測(cè)量孔斜的研究

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1、側(cè)視式孔內(nèi)電視系統(tǒng)測(cè)量孔斜的研究大壩觀(guān)測(cè)與上工測(cè)試第22卷第l期33側(cè)視式子L內(nèi)電視系統(tǒng)測(cè)量子L斜的研究3lI一,r乙/王德福于景良孫鼎俊(天津大學(xué)電子系3~)0072天津)T8躥{摘要從側(cè)視式孔內(nèi)電視系統(tǒng)視場(chǎng)角恒定這一原理出發(fā).在理論上分析了利用該電視系統(tǒng)能夠直觀(guān)而簡(jiǎn)便地測(cè)量計(jì)算出孔的孔斜.在實(shí)驗(yàn)中得到了證明關(guān)鍵詞孔內(nèi)電視視場(chǎng)南型互生水《觀(guān)1D前言側(cè)視式孔內(nèi)電視系統(tǒng)主要應(yīng)用于大壩和各種地質(zhì)孔洞的定性觀(guān)測(cè),從巖石圖像的形態(tài),顏色及光亮度等可以識(shí)別巖石的性質(zhì),裂隙,泥化夾層等等:筆者經(jīng)過(guò)多年研究開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用.

2、對(duì)孔內(nèi)的一些物理參數(shù),如孔徑孔斜等也進(jìn)行了定量測(cè)量研究.如此便擴(kuò)展了側(cè)視式孔內(nèi)電視系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,下面以JCD2型側(cè)視式孔內(nèi)電視為例,對(duì)孔斜的測(cè)量進(jìn)行研究和討論1系統(tǒng)一些指標(biāo)的確定1.1轉(zhuǎn)向角度與時(shí)間的關(guān)系為了在360的圓周內(nèi)觀(guān)測(cè)孔內(nèi)內(nèi)壁的情況.探頭內(nèi)的攝像系統(tǒng)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)探頭內(nèi)的轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)imin,即機(jī)芯每30s轉(zhuǎn)一周.即l2./s(平均)1.2系統(tǒng)垂直視場(chǎng)角的測(cè)定為了測(cè)定側(cè)視式孔內(nèi)電視系統(tǒng)的垂直視場(chǎng)角,首先把帶有毫米級(jí)刻度的直尺始終對(duì)準(zhǔn)探頭的窗口并和探頭平行放置.如圖l(a)所示.然后

3、變動(dòng)并記下兩者之間的相對(duì)距離L..L為直尺到反光鏡中心的距離;以及在監(jiān)視器屏幕上所顯示的尺寸,,L為充滿(mǎn)監(jiān)視器屏幕的直尺的尺寸;如圖l(b)所示它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示,由于是攝像系統(tǒng)把直尺的刻度反映到監(jiān)視器的屏幕上,故此測(cè)量與監(jiān)視器的屏幕的尺寸大小無(wú)關(guān)表1工l與L的對(duì)應(yīng)關(guān)系1997—11—07收稿,1997—12—26改回電纜探抖殼轉(zhuǎn)電機(jī)CCD攝像系統(tǒng)量l—————目t-4:]-防水逢光玻璃JlL————上i直lK諜一a)直Jt攤的Ili耐位置ml直K艚像枉啦視器上的位置圍l測(cè)量系統(tǒng)視場(chǎng)角的示意圖由于該設(shè)備

4、的垂直視場(chǎng)角2是一恒定值.因此9tan一—L~—J-L,:(1)式(1)為恒定值;而L為反光鏡中心到鏡頭焦點(diǎn)的距離.根據(jù)表l的數(shù)據(jù)及式(1)列出求L的表達(dá)式如下:!一102+L122+L—一一—衛(wèi)一102+L132一L—一一—-旦三一109+L.152+L._48一一122L132+L48一一57122+L一152+L—衛(wèi)一一!一l32一Ll51+將幾次所求的厶值取平均值為38mm;此時(shí)將厶值代八式(1),可求出:9tail一贏(yíng).?3.'2)太衄觀(guān)測(cè)與土工測(cè)試扶而求得垂直視場(chǎng)角2_勾33.4.根據(jù)表1和式(2

5、)可以算出.每增加53mm時(shí)增加】mm,也就是說(shuō)在測(cè)孔的過(guò)程中.發(fā)現(xiàn)電視系統(tǒng)所觀(guān)測(cè)的高度每增加lmm(或者減少1mm).則探頭偏離孔中心5/3mm這個(gè)結(jié)論和被觀(guān)測(cè)的孔徑的大小無(wú)關(guān)2孔斜的測(cè)量2.1測(cè)量點(diǎn)的選擇為了簡(jiǎn)便地測(cè)量孔斜.應(yīng)以孔口的中心為基準(zhǔn).其辦法之一是在孔口的內(nèi)壁～閏置方格標(biāo)志(要有1~1Ffl級(jí)的刻度).并使方格與水平面相平行.此時(shí)直變動(dòng)孔口滑輪相對(duì)孔口的位置.以使孔內(nèi)電視系統(tǒng)在監(jiān)視器上顯示孔壁各處的方格艮寸(即L)相同.此時(shí)則說(shuō)明探頭的中心處于孔的中心線(xiàn)此時(shí)厶為正常值在探頭下放的過(guò)程中.由于孔斜

6、的存在.探頭的中心將越來(lái)越偏離孔的中心線(xiàn),當(dāng)需要測(cè)量～系列深度下的孔斜時(shí).首先按轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)對(duì)孔壁進(jìn)行360掃描一通過(guò)人眼對(duì)監(jiān)視器的監(jiān)視來(lái)判斷孔斜的方位.也就是探頭內(nèi)的反光鏡中心距孔壁最近或最遠(yuǎn)的點(diǎn)的連線(xiàn)即是所選的測(cè)量線(xiàn)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)選在測(cè)鼉線(xiàn)上對(duì)應(yīng)攝像器件場(chǎng)掃描的起始或結(jié)束部分.也就是對(duì)應(yīng)監(jiān)視器屏幕的最上端或最下端.這樣做為測(cè)壁提『鹽了方便.2.2孔內(nèi)有mill級(jí)標(biāo)尺的孔斜的測(cè)量如果是觀(guān)測(cè)孔,在孔內(nèi)且置有精度為mm級(jí)的標(biāo)尺,此時(shí)可按探頭控制器上的轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān),在監(jiān)視器的屏上直接讀出上的最大值或最小值,比正常值每增加或減小

7、1mm,則探頭偏離中心線(xiàn)5/3mm-由于探頭的所在位置可由深度計(jì)數(shù)器直接讀出或用其它方法測(cè)出.設(shè):L比正常值增加了Xmm,探頭的反光鏡中心的所處深度為HFIIF]~.則此處的孔斜為一n(3)如果子L內(nèi)無(wú)標(biāo)尺.可以做一長(zhǎng)為20CFil左右.外徑略小于孔內(nèi)徑的薄筒.內(nèi)壁有合適精度的標(biāo)尺.在探頭的下放過(guò)程中,該薄筒隨探頭同步下放.此時(shí),孔斜的測(cè)量基本如式t3)所述的方法去求2.3孔內(nèi)無(wú)標(biāo)尺的L斜的測(cè)量若無(wú)標(biāo)尺-可借助圖2來(lái)說(shuō)明孔斜的測(cè)量方法:在圖2(a)中.孔無(wú)斜度,如果探頭正好處于孔的中心軸線(xiàn)的Qt點(diǎn)上.則表現(xiàn)為

8、0.點(diǎn)到任何方向上的孔壁的垂直距離都是R,則L斜的值自然為零.但是?事實(shí)上孔總是有斜度的,如圖2fb)所示,在此情況下,在孔口位置.探頭一定要設(shè)置在孔口的中心上.但是隨著探頭的下放將偏離孔的中心,此時(shí)要測(cè)量任何深度下的孔斜,首先按轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān),看孔壁四周的圖像.通過(guò)對(duì)孔壁四周圖像的了解.人眼直覺(jué)地判斷出孔壁距探頭的最近4;下面借助圖2)來(lái)求^點(diǎn)到探頭中心的距離R.l—./—蘭.I11a?玉fL斜時(shí)攆扎壁