基于PSD的二維結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)變形是評(píng)估橋梁等大型建筑健康狀況的重要參數(shù)之一,結(jié)構(gòu)變形測(cè)量的方法多種多樣,其中成像法因具有量程大、相對(duì)低廉、非接觸、能實(shí)現(xiàn)二維動(dòng)態(tài)變形長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。然而現(xiàn)有成像法采用CCD作為光敏器件,受CCD像素及其復(fù)雜信號(hào)處理方式限制,系統(tǒng)的分辨力和精度難以提高。連續(xù)型器件PSD具有分辨力高、信號(hào)處理簡(jiǎn)單、可連續(xù)探測(cè)光點(diǎn)位置等優(yōu)點(diǎn),代替CCD有望克服現(xiàn)有成像法的不足。然而橋梁結(jié)構(gòu)變形測(cè)量環(huán)境惡劣,背景光復(fù)雜多變,測(cè)量距離遠(yuǎn),難以保

2、證到達(dá)PSD光敏面上的光斑擁有足夠的輻射通量,這些因素都會(huì)對(duì)基于PSD的位移測(cè)量產(chǎn)生影響。為了實(shí)現(xiàn)高精度的結(jié)構(gòu)變形測(cè)量,本文系統(tǒng)地分析PSD位移測(cè)量精度的影響因素,對(duì)關(guān)鍵因素進(jìn)行理論建模,提出減小或消除各因素影響的方法。在理論分析的基礎(chǔ)上,選擇合理的器件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　?、俑鶕?jù)PSD的定位原理和信號(hào)處理方式,建立了PSD定位誤差的數(shù)學(xué)模型,分析了光斑強(qiáng)度、背景光、電噪聲對(duì)測(cè)量精度的影響。結(jié)合橋梁變形實(shí)際測(cè)量環(huán)境

3、背景光強(qiáng)度大、多變、光波長(zhǎng)多樣等特點(diǎn),采用光學(xué)濾波法和靶標(biāo)光源調(diào)制法相結(jié)合消除背景光的影響,簡(jiǎn)化了誤差模型。并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。
　?、诟鶕?jù)光學(xué)系統(tǒng)中光的傳播原理,建立了靶標(biāo)光源輻射強(qiáng)度與光斑輻射通量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)誤差模型和系統(tǒng)測(cè)量精度要求,推導(dǎo)了PSD位移測(cè)量的光強(qiáng)條件,為測(cè)量系統(tǒng)中靶標(biāo)光源輻射強(qiáng)度的確定提供理論依據(jù)。
　?、鄯治隽薈CD結(jié)構(gòu)變形測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法,以及PSD與CCD定位方式的區(qū)別。根據(jù)PSD的

4、定位特點(diǎn),提出了適合于PSD位移測(cè)量系統(tǒng)的雙光源雙頻調(diào)制靶標(biāo)自標(biāo)定方法,并設(shè)計(jì)了用于實(shí)驗(yàn)的自標(biāo)定靶標(biāo)及其控制電路。
　?、芤岳碚摲治鰹橐罁?jù),初步設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件和軟件。系統(tǒng)硬件部分包括成像光斑位移探測(cè)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)等。軟件部分包括信號(hào)采集軟件、信號(hào)處理軟件和上位機(jī)軟件。
　?、菰趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)。標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得到的系統(tǒng)放大倍數(shù)與理論放大倍數(shù)的相對(duì)誤差為0.62％,驗(yàn)證了該標(biāo)定技術(shù)的可行性。系統(tǒng)位移測(cè)量的像方精度和