惯性式路面平整度仪的研究和设计

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2、lII／llIllIlllllllllHillIY2446389NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearchonTraveledSurfaceRoughnessProfilerBasedonInertialBenchmarkAThesisinProfessionalmaster,ElectronicandCommunicationEngineeringNiZ

3、hibinAdvisedbyAssociateProfessorYeMingSubmiaedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2012承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分

4、内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：碰星幽日期：逊他7日南京航空航天大学硕士学位论文摘要路面平整度与人们日常出行的安全性、舒适性和经济性紧密相关，是道路建设的重要指标之一。随着我国公路网建设的快速发展，如何高效、便捷地测量路面平整度，已成为一个具有重要工程价值和现实意义的课题。因此，致力于研发出具有自主知识产权、性能优异的路面平整度测量仪器，成为了相关研究机构的主要工作目标之一本文介绍了路面平整度的评测指标和常用测量仪器，对路面平整度测量的研究现状

5、进行了调研。同时，结合四分之一车辆模型，对国际平整度指数进行了数学分析。根据惯性式测定类仪器的原理，进一步提出了包括精密测距装置、惯性基准装置、距离测量装置和信息处理系统的惯性式路面平整度仪的总体设计方案。本文所设计的路面平整度仪，以FPGA器件EP3C40Q240C8为核心信号处理单元，采用两块模数转换器AD7663分别对激光位移传感器和加速度传感器进行信号采集，采用光耦器件HCPL．063L和TLP521完成对旋转编码器等信号的电平转换和隔离，采用CY7C68013作为下位机和上位机之间USB通信的功能设备芯片。由于所处工作环境较为复杂

6、，采集的信号又需满足严格的相位关系，所以，路面平整度仪采用FIR滤波器进行频率降噪处理。为简化和改进仪器，路面平整度仪在下位机实现加速度二次积分环节。根据传感器信号的时、频域特性，采用辛普森积分，并利用最小二乘法拟合曲线校正积分过程中的趋势项误差。本文对上述内容，进行了理论分析、软件仿真，并说明了FPGA实现的方法。同时，分别完成了模数转换器和USB通信的接口的逻辑设计。本文依据我国交通部相关标准，对路平整度仪的重复性和相关性两项检测指标实施了多次试验操作和数据分析。结果表明，本文设计的惯性式路面平整度仪的偏差系数G不大于5％，相对于经过校

7、验的手推式精密断面仪的相关系数R不小于0．98，满足相关标准中的要求。关键词：路面平整度，国际平整度指数，惯性基准，最小二乘法，FPGA惯性式路面平整度仪的研究和设计ABSTRACTTraveledsurfaceroughness(TSR)，exertingatremendousinfluenceuponthesafety,comfortandeconomyofpeople’Stravel，seversasoneofthemostimportantindicatorsofroadconstruction．Thankstotherapidde

8、velopmentoftheroadnetworkofourcountry,howtOmeasuretheTSRefficientlyandconvenientlyhasbeenofgreatpracticalsignificanceandengineeringvalue．Therefore，designinghigh-performedTSRmeasuringinstrumentswithself-ownedintellectualpropertytumsouttobeamainaimfortheresearchinstitutescon

9、cerned．StartingfromtheintroductionsofTSRevaluationindicatorsandmeasuringinstruments，thepa