路用激光位移传感器的研究

论文摘要

激光位移传感器是激光道路检测设备的核心器件。由于被测路面材料具有不同的反射率,在测量过程中经常会引起激光位移传感器的光电接收器件CCD饱和,导致像点位置偏移,带来测量误差。因此,研制适用于各种反射率条件下的路用激光位移传感器成为道路检测中的研究热点。在查阅了大量文献并研究和分析了国内外路用激光位移传感器发展现状的基础上,提出一种基于对称反向布置的路用激光位移传感器结构。中间安装一个半导体激光器,两侧对称安装成像透镜和光电接收器CCD,当检测路面反射率高时,两路CCD同时处于饱和工作状态,由于器件安装的对称性,一路测量位移比实际增大,另一路测量位移比实际减小,将两路位移量加和平均,从而较好地消除CCD饱和引起的误差。论文从硬件和软件两个方面详细的阐述了路用激光位移传感器的设计过程。介绍了电路元器件的选取和相关硬件电路的设计方案,系统的硬件部分包括CCD驱动电路设计、输出信号预处理设计以及数据采集通信的设计。软件部分采用模块化设计思想和面向对象的编程技术进行开发,根据不同的功能,将软件系统分成四个程序模块,分别为数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块和界面模块。文中介绍了各个模块所实现的功能和设计的过程,包括程序流程图及程序的设计。最后,对系统软、硬件进行了功能调试,并做了实际测量,对测量的结果进行了讨论和误差分析。研究结果表明基于对称反向布置的路用激光位移传感器能够有效地解决CCD饱和误差问题,测量结果和测量精度达到了预期的目标,因此,本课题提出的路用激光位移传感器结构是正确的和可行的,具有一定的理论价值和实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题研究的来源及意义
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题研究的意义
• 1.4 课题研究的目的及主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 路用激光位移传感器原理分析与总体设计
• 2.1 激光三角测距原理
• 2.1.1 结构模型
• 2.1.2 参数分析
• 2.2 路用激光位移传感器原理分析
• 2.2.1 基于调整激光功率的反馈式路用激光位移传感器原理
• 2.2.2 基于对称反向布置的路用激光位移传感器原理
• 2.3 对称反向布置的路用激光位移传感器总体设计方案
• 2.3.1 硬件结构
• 2.3.2 软件设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于对称反向布置的路用激光位移传感器硬件设计
• 3.1 CCD 驱动电路设计
• 3.1.1 MAX+plusII 开发环境
• 3.1.2 CPLD 芯片开发
• 3.1.3 电荷耦合器件（CCD）概述
• 3.1.4 电荷耦合器件（CCD）工作原理
• 3.1.5 TCD1200D 线阵CCD
• 3.1.6 TCD1200D 驱动电路设计
• 3.2 信号调理电路设计
• 3.2.1 信号放大电路
• 3.2.2 信号滤波电路
• 3.3 数据采集电路设计
• 3.3.1 数据采集的性能影响因素
• 3.3.2 数据采集卡的选择
• 3.3.3 数据采集电路工作过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于对称反向布置的路用激光位移传感器软件实现
• 4.1 CCD 驱动时序实现
• 4.1.1 VHDL 语言
• 4.1.2 驱动时序实现
• 4.1.3 仿真结果
• 4.2 系统软件开发
• 4.2.1 模块化设计思想及面向对象技术
• 4.2.2 软件开发平台
• 4.2.3 功能模块划分
• 4.2.4 软件运行界面
• 4.3 数据采集模块
• 4.3.1 数据采集流程
• 4.3.2 驱动的加载与卸载
• 4.3.3 数据采集实现
• 4.4 数据处理模块
• 4.4.1 数据运算的实现
• 4.4.2 数据保存的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 误差分析与数据处理
• 5.1 误差分析
• 5.1.1 算法误差
• 5.1.2 饱和误差
• 5.2 数据处理方法
• 5.2.1 最小二乘拟合
• 5.2.2 像点中心算法
• 5.2.3 饱和误差消除
• 5.3 实验数据汇总
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 双路CCD 数据分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 课题的结论
• 课题的展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢