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基于差分激光三角法的水面油膜测厚系统光学传感器设计

作　者: 孙晶玢
导　师: 葛宝臻
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 差分激光三角法水面油膜厚度测量标定
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水溶液表面的油膜厚度测量是环境保护、化工分析、油膜动力学研究等领域中一个很重要的问题,本课题提出一种基于差分激光三角法的水面油膜厚度测量方法。该方法具有原理简单、测量方便、成本低、精度高、体积小以及非接触测量等特点,可用于海面溢油油膜厚度的动态在线测量,具有很好的应用前景。本文围绕该测量方法,所做的主要工作如下:1.对差分激光三角法油膜厚度测量方法进行了研究,给出了油膜厚度计算的数学表达式。2.设计一种可用于海面溢油油膜厚度测量的光学传感器,并绘制实验系统机械图与装配图。3.设计了图像采集系统和计算机处理系统,在VC++环境下编写采集程序实现了双相机同步图像采集,研究了激光光斑的中心定位方法,编写程序实现了厚度测量的功能。4.研究了差分三角法测厚系统的标定方法,利用等值线双线性查表法标定测厚系统。通过实验比较不同光路结构下的测量精度确定系统结构参数。5.研制了水面油膜厚度测量实验系统,进行了系统调试和对块规厚度测量,实验结果表明系统可以达到较高精度。并测量了不同种类与不同厚度的油膜,结果证明了测量系统的适用性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 油膜厚度测量方法  7-9
  1.2 激光三角法位移传感器研究现状  9-10
  1.3 课题背景  10
  1.4 论文主要工作及研究意义  10-12
第二章差分激光三角法的水面油膜厚度测量原理与光路设计  12-33
  2.1 激光三角法基本原理  12-16
    2.1.1 直射式三角法  14-15
    2.1.2 斜射式三角法原理  15-16
    2.1.3 直射式与斜射式三角法测量比较  16
  2.2 差分激光三角法水面油膜厚度测量原理  16-20
    2.2.1 位移d_1的测量  17
    2.2.2 位移d_2的测量  17-20
  2.3 光学系统器件选择  20-23
    2.3.1 激光器选择  20
    2.3.2 接收器件选择  20-22
    2.3.3 成像透镜选择  22-23
  2.4 系统光路结构参数设计  23-28
    2.4.1 光学成像系统参数计算  23-26
    2.4.2 双光路相对位置布局  26-28
  2.5 差分式水面油膜厚度测量实验系统机械结构  28-29
  2.6 系统的误差来源  29-32
  2.7 本章小结  32-33
第三章图像采集和测量系统软件设计  33-42
  3.1 图像采集系统  33-34
    3.1.1 图像采集原理  33
    3.1.2 图像采集设备的选取  33-34
  3.2 激光光斑数据处理算法  34-38
    3.2.1 滤波去噪  35-37
    3.2.2 阈值分割  37
    3.2.3 光斑中心定位  37-38
  3.3 测厚系统软件介绍  38-41
    3.3.1 图像采集功能的实现  38-39
    3.3.2 厚度测量功能的实现  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章测厚系统标定方法  42-52
  4.1 标定方法  42-43
  4.2 等值线标定方法  43-46
  4.3 标定实验  46-48
  4.4 厚度测量实验  48-49
  4.5 不同放大倍率比较实验  49-51
  4.6 本章小结  51-52
第五章水面油膜厚度测量实验  52-64
  5.1 水面油膜厚度测量实验系统  52-55
  5.2 测量系统标定实验  55-56
  5.3 块规厚度测量实验  56-59
    5.3.1 实验步骤及结果  56-58
    5.3.2 测量结果分析  58-59
  5.4 油膜厚度测量实验  59-63
    5.4.1 石油测量实验  59-61
    5.4.2 透明油测量实验  61-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 工作总结  64-65
  6.2 对后续工作的建议  65-66
参考文献  66-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

基于差分激光三角法的水面油膜测厚系统光学传感器设计

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