管道内高速运动物体位置速度测量系统.pdf

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1、管道内高速运动物体位置速度测量系统DesignDDesignesignofooffHighHHighighspeedsspeedpeedin-pipeiin-pipen-pipeobjectoobjectbjectposition/velocitypposition/velocityosition/velocitymeasuringmmeasuringeasuringsystemssystemystem科专业：光学工程研究生：罗曾指导教师：黄战华教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果

2、，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学天天津大学津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授

3、权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要激光三角法在工业非接触位移、速度测量中有广泛的应用。本文结合器件、算法的发展，设计了小角度直射式激光三角法测量系统，将激光三角法应用在狭长管道内高速运动物体的测量，拓展了激光三角法的应用范围。主要完成的工作有：研究了国内外管道内测速系统的发展情况。根据实际情况，提出了基于激光三角法实现管道内大量程高精度的位移测量方法。推导出小角度激光三角法物-像关系模型，据此提出了提高系统精度的标定方法。通过大量实验，完成光学系统的调节和测量系统参数的标定。完成测量系统的设计与实现。利用Xcelera高速数字图像采集卡采集

4、Piranha2高速线阵CCD相机的激光光斑信息。通过Saper++图像采集卡控制函数库对采集卡进行二次开发，将系统标定、数据传输、处理、存储、输出和系统控制功能通过MFC框架集成起来。在此基础上根据用户需求编写了测量系统软件，整个测量过程通过软件完成，直观方便。完成控制系统的设计与实现。分析了CamerLink视频信号传输协议的实现。基于latticeLC4512VCPLD和TI5509ADSP设计针对DALSAPiranha2高速摄像机（最高数据率4Gbit/s）的嵌入式图像采集系统。利用CPLD实现了系统的时序逻辑，并对以CameralLink协议传送的数据硬件解码。通过

5、DSP对数据进行高速处理运算得到位置信息，并实时通过模拟和数字口输出，实现了管道内高速运动物体位移与速度的嵌入式在线测量。关键字：管道测速小角度激光三角法标定速度在线控制大位移ABSTRACTLasertriangulationiswidelyappliedintheindustrialnon-contactdisplacement/velocitymeasurements.Inthispaper,Asmall-angledirectlasertriangulationmeasurementsystemisproposed,inwhichthedevelopmentofdevi

6、ceandalgorithmaretakenintoconsideration.Thismethodhasgreatlyexpandedthescopeofapplicationoflasertriangulation.Themainworkinclude:Amethodbasedonlasertriangulationisproposedtoachievehighaccuracypipelinelargerangedisplacementmeasurement.Developedthesmall-anglelasertriangulationmodel,andthenprop

7、osedacalibrationmethodtoimprovesystemaccuracy.Byexperiment,opticalsystemadjustmentandcalibrationofmeasuringsystemparametersiscompleted.Thedesignandimplementofmeasuringsystemiscompletedusinghigh-speeddigitalimagecapturecardXceleraandPiranha2high-spe