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基于线阵CCD的挠度和振动测量系统研究
作 者: 刘群
导 师: 李恩邦
学 校: 天津大学
专 业: 光电子技术
关键词: 挠度 振动频率测量 激光测量 数字信号处理 快速傅里叶变换
分类号: TN386.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
本文主要论述一种基于线阵CCD的物体动、静态挠度和振动频率测量系统。该系统以线阵CCD作为主要传感原件,激光水准仪为光源,高速数字信号处理芯片和单片机为运算控制核心,远距离无线通信作为数据传输手段,构成一个完整的测量系统,实现了对建筑物挠度和振动频率的同时实时测量。系统传感元件CCD固定于待测物体上,激光水准仪作为系统光源,其发出的光束聚焦在CCD感光表面形成一个光斑。当待测物体发生挠度形变时,CCD随物体共同运动,光斑在CCD上的位置发生变化。记录下光斑位置的变化情况,运用快速傅里叶变换等算法,即可计算出物体的挠度和振动频率。模拟挠度和频率测量的实验结果表明,该测量系统对挠度和频率测量具有很好的线性度和稳定度,挠度测量相对误差小于1.7%,绝对误差小于0.5毫米,频率测量绝对误差小于0.1赫兹,系统整体性能满足设计要求。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-7 第一章 绪论 7-13 1.1 概述 7-8 1.2 挠度监测的重要意义 8 1.3 挠度测量的发展现状 8-12 1.3.1 传统手工测量法的改进 9-10 1.3.2 纯电学传感器法 10-11 1.3.3 光电综合检测法 11-12 1.4 本课题的主要工作和特点 12-13 第二章 光学系统的研究 13-22 2.1 测量系统整体结构 13-14 2.2 光学准直系统的研究 14-17 2.2.1 基本原理 14-15 2.2.2 准直系统的理论分析 15-16 2.2.3 准直装置的选择 16-17 2.3 光学图像传感器CCD的研究和选择 17-21 2.3.1 CCD在测量系统中的作用 17-18 2.3.2 CCD的传感原理 18-20 2.3.3 测量系统对CCD的选择 20-21 2.4 本章小结 21-22 第三章 电路设计和软件算法研究 22-48 3.1 系统整体结构 22 3.2 系统硬件构成 22-39 3.2.1 CCD驱动与信号采集 22-24 3.2.2 DSP信号处理系统 24-29 3.2.3 数字信号的处理 29-35 3.2.4 无线收发系统与人机接口 35-39 3.3 系统软件结构 39-47 3.3.1 测量端软件设计 39-44 3.3.2 接收端软件设计 44-47 3.4 本章小结 47-48 第四章 实验装置与结果分析 48-58 4.1 实验装置设计 48-50 4.2 频率测量实验 50-52 4.2.1 频率测量的精度和线性度 51-52 4.2.2 频率测量的稳定性 52 4.3 挠度测量实验 52-56 4.3.1 挠度测量的精度和线性度 52-55 4.3.2 挠度测量的稳定度 55-56 4.4 误差分析 56-58 4.4.1 光斑亮度对误差的影响 56 4.4.2 CCD安装位置对挠度测量的影响 56-57 4.4.3 大气扰动对测量结果的影响 57-58 第五章 总结与展望 58-60 5.1 完成的主要工作和系统特点 58-59 5.2 展望 59-60 参考文献 60-62 发表论文和参加科研情况说明 62-63 致谢 63
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 场效应器件 > 电荷耦合器件
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