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激光双重逆透视映射位移测量系统研究
| 论文题名： | 激光双重逆透视映射位移测量系统研究 |
| 关键词： | 桥墩沉降;位移测量;激光衍射;双重逆透视映射 |
| 摘要： | 随着我国桥梁大规模建设，桥梁结构遍布全国各地，但是桥墩沉降的长期精确监测无法得到有效保障，很多桥梁处于不便测量的地区，对测量方法和测量设备的智能化便携化要求高，传统位移测量方法受到很大限制。激光衍射测量技术是一种高精度、高效率的测量技术，对于小位移测量具有显著优势。该方法简单易行、精度高、自动化程度高、长期监测稳定性好且能与微机相连，实现数据自动采集储存运算，在诸多高精度、实时在线测量领域中得到广泛应用。本文利用激光衍射技术放大微小位移量的原理，发明了一款桥墩沉降测量装置，能有效实现桥墩沉降的长期高精度自动监测。 论文首先对激光衍射原理进行了研究分析，推导了菲涅尔衍射和夫琅和费衍射公式，并依据实际应用背景，对相关公式进行简化推导；根据设计的关键条件，成功设计出原形装置，并利用反射增加光程原理和双重逆透视映射技术对原型装置作出了改进。 阐述了基于原型装置的理论仿真建模过程，基于实际应用条件，简化得到菲涅尔近似条件下的傅里叶变换的形式；并以此进行matlab仿真分析，得到清晰的衍射图像；结合菲涅尔近场圆孔衍射图样的实际特征，开发了改进圆心拟合算法作为衍射光斑光心识别算法，对衍射图像的识别结果进行数据处理，得到桥梁结构沉降量与光心位移量关系；同时模拟了室外实验条件下出现的小孔对准状态导致衍射光斑与对准误差的问题，分析平移对准误差、倾斜误差等常见误差状态对装置精度的影响。 搭建了激光衍射高精度测量装置的实验系统，得到沉降位移曲线，结果显示沉降量在0.5mm以内时，沉降量与光心竖直位移量呈现出显著的线性关系，表明本装置可以实现约10倍的放大效果。 本文对实验过程的一些误差进行分析并提出针对性改进措施，包括光斑采集误差、激光发射器扭转误差、接收屏的非垂直安装误差、激光器结构造成的误差、相机镜头畸变误差与校正、相机的安装误差与校正等，有效确保实际应用的精度。 本文将激光衍射技术和逆透视映射技术结合，提出了一种基于激光双重逆透视映射的远程沉降观测装置实现高精度测量。测量装置仅包括激光器和接收器两部分，在实验条件下实现了约10倍的位移量放大，从而证明了能有效用于高精度桥墩沉降位移监测。本装置无需额外的辅助，测量设备及测量过程简单，精度高，测量速度快。本课题研究对桥墩实时定点沉降量的长期观测具有工程应用价值。 |
| 作者： | 王晨光 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 檀永刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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