基于激光三角位移测量原理的桥梁挠度检测仪设计

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1、分类号:TP-2910710-2015132005硕士学位论文基于激光三角位移测量原理的桥梁挠度检测仪设计王晓蒙导师姓名职称王会峰副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称控制理论与控制工程论文提交日期2018年4月9日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学DesignofbridgedeflectiondetectorbasedonlasertriangulationdisplacementmeasurementprincipleADissertationSubmittedfortheDegr

2、eeofMasterCandidate:WangXiaomengSupervisor:AssociateProf.WangHuifengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要桥梁挠度是评价桥梁安全性能的一项重要参数，是桥梁荷载实验和健康监测的重要指标，因此有必要对其进行长期监测，以评估其荷载能力和健康风险状况，指导桥梁的维护和维修工作。随着国家对大型基础设施安全性能要求的不断提高，传统的人工测量方法已难以满足桥梁全寿命自动风险评估的需求，因此研究开发高精度、高效率的自动化桥梁挠

3、度实时监测装置迫在眉睫。本项目通过对传统挠变参数检测原理、方法和设备性能特点的分析，研究并设计了一套基于激光三角位移测量原理的桥梁挠变参数检测仪。论文以桥梁的挠变参数高精度自动化检测原理进行方案设计，硬件选型与硬件电路设计，图像处理算法及程序设计、实验分析及标定等关键技术进行研究，设计能够适用于多种桥梁的挠变参数在线检测系统，并通过实验室模拟实验验证了其合理性和有效性。本文首先通过理论上研究基础设施构件的挠变机理，根据桥梁挠变的工程测量要求提出了一种基于激光三角位移测量原理的挠变参数检测模型。其次通过剖

4、析激光三角测量理论模型，提出了基于多级惩罚函数的粒子群算法优化成像光路中的光学参数，对提高检测系统设计精度有指导意义。然后，根据测量系统测量的高速、实时、多功能化需求，设计了基于DSP与CPLD相结合的高速并行的数据采集与处理系统的控制系统。最后，针对CCD采样数据的特征，设计了光斑图像滤波与光斑定位算法及测量结果的解算过程，并给出了其在DSP的实现过程，对提高系统精度有重大作用。同时，通过搭建实验平台，在实验室进行了检测模拟实验，对系统的性能进行验证实验，测试了系统的稳定性，进行了系统标定及非线性度，

5、并详细分析了系统的检测精度和运算效率。讨论与分析了实验中的误差环节，并提出了改进的方法。关键词：桥梁挠度，激光三角法，CCD图像传感器，相关双采样，光斑中心定位IIIAbstractBridgedeflectionisanimportantparametertoevaluatethesafetyperformanceofbridge,itisanimportantindexofbridgeloadexperimentandhealthmonitoring,soitisnecessarytomonitor

6、itforalongtimetoevaluateitsloadcapacityandhealthriskcondition,andtoguidethemaintenanceandmaintenanceofbridge.Withtheimprovementofthesecurityperformanceofthelarge-scaleinfrastructure,thetraditionalmanualmeasurementmethodhasbeendifficulttomeettheneedsofthe

7、automaticriskassessmentofthebridge,soitisurgenttoresearchanddevelopthereal-timemonitoringdeviceoftheautomaticbridgedeflection.Basedontheanalysisoftheprinciple,methodandcharacteristicsofthetraditionaltorsionparameter,thepaperstudiesanddesignsabridge'sdefl

8、ectionparameterdetectinginstrumentonthebasisoftheprincipleoflasertriangulationdisplacementmeasurement.Basedontheprincipleofhighprecisionautomaticdetectionofbridgedeflectionparameters,thepaperdesignsthescheme,hardwareselect