机载投弃式海面油膜厚度测量关键技术研究

论文摘要

海面油膜厚度测量是海洋环境管理不可缺少的工作之一，是环境保护、化工分析、油膜动力学研究等领域中一个很重要的问题。本课题基于实验室已研制的机载投弃式的海面油膜厚度测量传感器，对光斑中心提取，实验标定方法、浮标空中运动、入水受力及机械强度分析等关键技术进行了研究，所做的主要工作如下：1.对差分激光三角法油膜厚度测量的基本原理进行了研究，并对斜射式和直射式光路系统测量的不确定性进行了分析。2.提出一种改进的高斯拟合光斑位置坐标提取算法。该算法是先利用最佳熵阈值提取光斑，再利用提取的光斑信号的上下边沿信号进行高斯拟合，对不同位置的光斑图像进行了处理，结果表明该算法具有更高的提取精度。3.对差分激光三角厚度测量实验系统标定方法进行了研究，利用标准位移法和误差拟合得到了标定曲线。4.利用所研制的基于差分激光三角法油膜厚度测量实验系统平台、光斑位置提取算法和实验系统标定方法，对不同厚度的量块进行了测量，测量范围为0.1mm~12mm，最大测量绝对误差小于±28μm，标准差小于14.7μm，并对不同油品不同厚度的油膜进行了实验室测量。5.分析了浮标空中运动瞬时状态，计算了浮标入水冲击力并进行了入水仿真，计算了最大入水冲击时浮标体的最小壁厚。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 油膜厚度测量研究意义
• 1.2 油膜厚度测量方法及其国内外研究现状
• 1.2.1 溢油扩展模型估算法
• 1.2.2 油膜厚度直接测量方法
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第二章 差分激光三角法油膜厚度测量基本原理及参数分析
• 2.1 差分激光三角法油膜厚度测量基本原理
• 2.1.1 三角法基本原理
• 2.1.2 直入射式差分激光三角法
• 2.1.3 斜入射式差分激光三角法
• 2.2 直射式光学系统分析
• 2.2.1 测量精度
• 2.2.2 共轭距与放大率的关系
• 2.3 斜射式系统分析
• 2.3.1 测量精度与放大率的关系
• 2.3.2 共轭距与放大率的关系
• 2.4 实验误差分析
• 2.4.1 误差来源
• 2.4.2 不确定度分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 光斑处理算法及实验标定方法
• 3.1 光斑处理方法
• 3.1.1 阈值提取算法
• 3.1.2 高斯拟合中心定位算法
• 3.1.3 改进的高斯拟合算法
• 3.2 标定方法
• 3.2.1 实验标定
• 3.2.2 误差校正
• 3.3 小结
• 第四章 油膜厚度测量实验
• 4.1 实验系统
• 4.2 实验室系统平台上的厚度测量实验
• 4.2.1 测量系统标定实验
• 4.2.2 厚度测量实验及分析
• 4.3 油膜厚度测量实验
• 4.3.1 不同油品的油膜厚度测量实验
• 4.3.2 油膜厚度分布测量实验
• 4.4 小结
• 第五章 浮标入水受力仿真及结构强度分析
• 5.1 空中运动瞬时状态分析
• 5.2 浮标体入水受力分析及仿真
• 5.2.1 入水受力分析
• 5.2.2 入水仿真
• 5.3 浮标强度设计
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望及对后续工作的建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢