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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。

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

基于线阵CCD的挠度和振动测量系统研究

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