Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Оптические приборы и системы

Диссертационная работа:

Горбачёв Алексей Александрович. Исследование особенностей построения оптико-электронной системы контроля деформаций плавающего дока : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.07 СПб., 2007 153 с. РГБ ОД, 61:07-5/1997

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1 ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СМЕЩЕНИЙ 11

  1. Классификация приборов и систем по методам контроля смещений . 11

  2. Системы, использующие законы лучевой оптики 12

  1. Оптико-электронные системы, использующие коллимационный метод измерений 12

  2. Оптико-электронные системы, использующие автоколлимационный метод измерений 21

  3. Оптико-электронные системы, реализующие метод створных измерений 28

  1. Системы, основанные на законах волновой оптики 39

  2. Сравнительный анализ существующих решений и постановка диссертационной задачи 48

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОТОЧЕЧНОЙ
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ
ПЛАВАЮЩЕГО ДОКА 52

2.1 Обобщенная модель ОЭС 52

  1. Обобщенная структурная схема ОЭС 52

  2. Обобщенная оптическая схема ОЭС 55

  3. Обобщенная структурная схема преобразования сигналов в ОЭС 56

  1. Построение профиля деформации корпуса плавающего дока 62

  2. Построение системы отклонения лучей в ОЭС 64

  3. Построение ОЭС на основе фотоприемных устройств с многоэлементными приемниками излучения 78

  4. Основные результаты главы 2 89

ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПЛАВАЮЩЕГО ДОКА 91

3.1 Оптическая схема многоточечной оптико-электронной системы
контроля деформаций плавающего дока 91

  1. Построение оптической системы КЭ 91

  2. Построение оптической системы ББ 97

  1. Устройство блока промежуточной обработки информации 103

  2. Описание работы модуля управления источниками излучения 107

  3. Алгоритмы программных средств 109

  4. Основные результаты главы 3 116

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СВОЙСТВ
ПОСТРОЕНИЯ МАКЕТА МНОГОТОЧЕЧНОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ
ПЛАВАЮЩЕГО ДОКА 117

4.1 Расчет погрешности МОЭСКД 117

  1. Общие предпосылки расчета погрешности МОЭСКД 117

  2. Расчёт предела допускаемой систематической составляющей основной погрешности 120

  3. Расчёт случайной составляющей основной погрешности 124

  4. Суммарная погрешность 126

  1. Описание макета ОЭС контроля деформации 127

  2. Исследование макета оптико-электронной системы контроля деформаций 129

  3. Основные результаты главы 4 137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 140

ПРИЛОЖЕНИЕ 150

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

ББ - базовый блок

БОИ - блок обработки информации

БПОИ - блок промежуточной обработки информации

ВТ - воздушный тракт

ДОЗ - два одиночных зеркала

ДУЗ - два угловых зеркала

ЗЛО - зеркально-линзовый отражатель

ИИ - источник излучения

ИП - измерительное плечо

КМОП - комплементарный металло-оксидный полупроводник

КЭ - контрольный элемент

МОП - металл-оксид-полупроводник

МПИ - многоэлементный приемник излучения

МУИИ - модуль управления источником излучения

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ОРСЗ - оптическая равносигнальная зона

ОУЗ - одиночное и угловое зеркало

ОЭС - оптико-электронная система

ПЗИ - прибор с зарядовой инжекцией

ПЗС - приборов с зарядовой связью

ПИД - полупроводниковый излучающий диод

ПК - персональный компьютер

ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема

ПОИ - приемник оптического излучения

ПОС - передающая оптическая система

ПрОС - приемная оптическая система

ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина

PH - референтное направление

СБП - створный бипентапризменный прибор

СВОИ - система вторичной обработки информации

СК - система координат

СМ - согласующий модуль

СОЛ - система отклонения лучей

СПОИ - система первичной обработки информации

ТВД - телевизионный датчик

ФПУ - фотоприемное устройство

ФЭАК - фотоэлектрический автоколлиматор

ИБО - центральный блок обработки

ЦВ - цели визирные

ЦОС - цепь обратной связи

ЦУП - центральный управляющий прибор

ШИМ - широтно-импульсный модулятор

ЭВ - эксплуатационные воздействия

ЭВМ - электронная вычислительная машина

Введение к работе:

Оптико-электронные приборы и системы в силу ряда практически важных свойств и преимуществ все в большей степени внедряются во многие области науки и практики. Одной из важнейших задач, решаемых с помощью оптико-электронных приборов и систем, является задача измерения взаимных смещений элементов протяженных объектов и сооружений, например, плавающих доков, нефтяных платформ и мостов.

При постановке судна в плавающий док наиболее опасным в аварийном отношении является момент всплытия дока с поставленным в нем судном и процесс проведения работ в доке. В этот момент аварийная ситуация может возникнуть вследствие особо опасных деформаций дока. Даже небольшие превышения допустимых поперечных смещений элементов конструкций могут привести к разрушению дока вместе с поставленным в нем судном.

В большинстве случаев контроль деформаций протяженных конструкций длиной до нескольких десятков или сотен метров необходимо осуществлять в достаточно жестких условиях эксплуатации, которые заключаются в значительных и резких перепадах температуры окружающей среды (от -40 С до +50 С), повышенной влажности, воздействии осадков, различного рода электромагнитных помех промышленного происхождения, а также оптических помех (солнечное излучение, вспышки электросварки, искусственное освещение и т.п.). При этом диапазон контролируемых поперечных смещений составляет несколько сотен миллиметров, а погрешность измерений не должна превышать порой 10 миллиметров.

Разработанные и воплощенные на данный момент средства контроля прогиба доков с помощью визуальных оптических систем, различных электромагнитных и гидродатчиков имеют недостаточную точность, низкую надежность и не позволяют одновременно контролировать прогиб носа и кормы.

На основании вышеизложенного проведение необходимых исследований с целью построения и функционирования оптико-электронных систем контроля прогиба представляется весьма актуальным.

Выбранное направление определило следующие задачи исследований:

  1. Анализ и классификация существующих оптико-электронных средств контроля смещений.

  2. Формирование обобщенной модели многоточечной оптико-электронной системы контроля деформаций (МОЭСКД) с единым полем анализа.

  3. Разработка методик выбора и расчета параметров МОЭСКД.

  4. Оценка влияния основных источников погрешности в МОЭСКД и определение путей их ослабления.

  5. Создание макетов блоков, разработка методик и проведение экспериментальных исследований характеристик МОЭСКД.

Структурно работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

В первой главе проведен анализ существующих технических решений задачи контроля смещений протяженных объектов и сооружений. Выводы, сформулированные в данной главе, определяют цели и задачи работы и подтверждают её актуальность.

Во второй главе сформулированы и исследуются теоретические особенности построения МОЭСКД плавающего дока с единым матричным полем анализа.

В третьей главе разработана методика габаритно-энергетического расчета оптических систем МОЭСКД, описаны отдельные блоки и модули МОЭСКД, выделены основные функции, выполняемые блоками и модулями системы, их принципы действия. Приведены алгоритмы программ управления блоком промежуточной обработки информации и модулем управления источниками излучения.

В четвертой главе приводится анализ погрешностей контроля смещений, описание различных вариантов построения измерительного стенда и полученные экспериментальные результаты. Рассмотрен принцип действия и устройство двух вариантов реализации экспериментальной схемы построения макета оптико-электронной системы с использованием матричных приемников оптического излучения. Описаны экспериментальные исследования по сравнению ПЗС и КМОП-приемников, влиянию поворота базового блока на положение энергетического центра изображения контрольного элемента.

В заключении делаются выводы о проделанной работе и приводятся её результаты.

Краткая формулировка научной новизны работы.

В диссертации исследованы особенности построения МОЭСКД, разработаны методики выбора и расчета параметров оптической системы с единым матричным полем анализа в условиях наличия нерегистрируемых поворотов элементов, определены пути уменьшения составляющих погрешности при обработке измерительной информации, разработаны методики исследования характеристик МОЭСКД.

Основные результаты, выносимые на защиту:

  1. Обобщенная модель построения МОЭСКД с единым полем анализа.

  2. Построение МОЭСКД, основанной на сопряжении единого матричного поля анализа с оптической системой и цифровой обработке изображений контрольных элементов (КЭ), жестко закрепленных в точках контроля.

  3. Результаты сравнительного анализа возможностей применения различных твердотельных матричных приемников оптического излучения для создания единого поля анализа в МОЭСКД.

  4. Инвариантные к поворотам схемы построения оптической системы, сопряженные с единым полем анализа.

  5. Методика выбора и расчета основных параметров оптических систем МОЭСКД с учетом поворотов блоков, входящих в систему.

  6. Методика проведения экспериментов по исследованию влияния

параметров (яркости источника и размера апертурной диафрагмы) КЭ на погрешность МОЭСКД с различными матричными приемниками.

7. Результаты анализа основных источников погрешности в МОЭСКД и пути ослабления их влияния.

Практические результаты работы:

  1. Обобщенная модель МОЭСКД, позволяющая рационализировать выбор структуры в соответствии со схемой контроля деформаций.

  2. Применение инвариантных оптических систем, сопрягаемых с единым матричным полем анализа и ослабляющих влияние нерегистрируемых поворотов элементов МОЭСКД.

  3. Рекомендации по применению в МОЭСКД твердотельных матричных приемников на основе ПЗС и КМОП-структур.

  4. Методика энергетического расчета оптических систем МОЭСКД и выбора их основных параметров.

  5. Модернизированные схемные и алгоритмические решения, адаптированные к практическому применению.

  6. Конструкции блоков МОЭСКД.

  7. Макеты блоков МОЭСКД с управляемыми источниками оптического излучения.

Реализация результатов работы отражена тремя актами внедрения разработанных методик энергетического расчета, выбора элементов оптико-электронной системы. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности 19.07.00 «Оптико-электронные приборы и системы», при разработке лабораторной установки "Исследование оптико-электронной системы контроля прямолинейности", а также в научно-исследовательских работах.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на одиннадцати конференциях, в том числе пяти международных, таких как V международная конференция "Прикладная оптика" 2002 года,

международный оптический конгресс «Оптика XXI век», III международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2003», IV международная конференция молодых ученых и специалистов "Оптика 2005", VII Международная конференция "Прикладная оптика-2006".

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 84 наименований. Общий объем работы составляет 149 страниц, включая 74 рисунка и 4 таблицы. Работа выполнена на кафедре оптико-электронных приборов и систем «Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий механики и оптики».

Подобные работы
Прокофьев Александр Валерьевич
Исследование особенностей построения автоколлимационных оптико-электронных систем контроля соосности с оптической равносигнальной зоной
Урусова Мария Валерьевна
Принципы построения панорамных оптических систем оптико-электронных приборов на базе оптических панорамных блоков
Шилин Александр Николаевич
Оптико-электронные системы контроля геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования
Михеев Сергей Васильевич
Исследование оптико-электронной системы контроля положения объекта методом триангуляции
Никитина Марина Вадимовна
Принципы построения и аппаратурная реализация оптико-электронных устройств на основе некогерентных источников излучения для медицины
Белоконев Виктор Михайлович
Исследование и разработка оптико-электронных систем на базе многоэлементных фотоприемников для определения координат источников световых вспышек малой интенсивности
Сивяков Игорь Николаевич
Исследование информационных возможностей оптико-электронных систем наблюдения
Демидов Владимир Михайлович
Методы и средства цифровой коррекции изображения в оптико-электронных системах визуализации
Меламед Ольга Петровна
Математическая модель сигналов в оптико-электронных системах при дистанционном зондировании земной поверхности из космоса
Бузян Артем Тимофеевич
Исследование оптико-электронных систем измерения деформаций элементов конструкции полноповоротного радиотелескопа

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net