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基于PSD的缠绕制品厚度在线测量装置的研制

作　者: 杨世龙
导　师: 徐东亮
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 缠绕制品 厚度测量 光学三角法 PSD 单片机
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 79次
引　用: 4次
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内容摘要


与传统材料相比,复合材料缠绕制品具有强度高、耐腐蚀以及重量轻等显著优点,在航天、化工和体育器械等各领域被广泛应用。但是由于复合材料缠绕加工过程的特殊性,缠绕制品的厚度难以在线测量。因此,急需一种快速、自动化程度高、适于在线检测、高精度的非接触测量仪器。激光三角法测厚技术是一种重要的非接触式测厚技术,在工业生产控制、工业生产自动化中都有着广阔的应用。本文分析了当前国内外厚度测量方面的发展状况,比较了各种测厚方法的优缺点,确定传统的非接触式激光三角法测量原理作为本文设计的基础。利用位置敏感器件(Position Sensitive Detector,简称PSD)进行光电转换,通过电路处理,从而能够实时在线的测量缠绕制品的厚度。论文主要内容包括:1.介绍了位置敏感器件PSD。作为一种光电效应器件,它具有高速度、高分辨率、信号处理简单等优点,使用非常广泛。论文选用一维梳状PSD作为系统的厚度探测器,提出了测量系统的整体方案。2.给出了光学系统的总体设计,对光学系统的设计步骤进行了详细地计算,同时针对光学系统的机械设计给出了解决方案。3.分析了信号处理电路,数据采集电路,通信电路,以单片机为核心进行模块化设计,提高了测试的可重复性,并实现系统的自动测试。4.对影响该实验系统的各种因素和测量误差进行了详细地分析,并对测量系统进行了标定,从而论证了本文所采用方法的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景  8-9
  1.2 激光三角形测厚特点  9
  1.3 国内外研究动态  9-13
    1.3.1 激光三角法测厚仪的误差源研究  10-12
    1.3.2 激光三角法测厚仪的标定技术  12-13
  1.4 本文主要的研究工作  13-14
第二章 厚度测量系统方案设计  14-23
  2.1 激光三角形测量原理  14-16
  2.2 PSD基本原理、特点及应用  16-20
    2.2.1 一维PSD结构及工作原理  17-19
    2.2.2 PSD使用分析  19-20
  2.3 测量系统的实现  20-23
第三章 光学系统设计与分析  23-30
  3.1 入射光源  23
  3.2 光学系统设计  23-27
    3.2.1 PSD动态范围匹配  23-24
    3.2.2 像光斑大小的计算  24-25
    3.2.3 接收光能计算  25-27
  3.3 光学系统机械设计  27-30
    3.3.1 接收镜筒及接口的设计  27-28
    3.3.2 镜筒支架的设计  28-29
    3.3.3 激光器调整支架的设计  29-30
第四章 硬件电路和软件设计  30-48
  4.1 PSD前置处理模块  30-38
    4.1.1 精密运算放大器的特性及选择  31-32
    4.1.2 前置放大器的选择  32-34
    4.1.3 消除背景光和暗电流的几项措施  34-37
    4.1.4 PSD信号处理电路  37-38
  4.2 数据采集模块  38-42
    4.2.1 A/D转换器TLC2543功能及引脚  38-39
    4.2.2 A/D转换器TLC2543使用方法  39-40
    4.2.3 TLC2543与单片机的接口和采集程序  40-42
  4.3 通信模块设计  42-45
  4.4 采集系统电路的实现  45-46
  4.5 软件设计  46-48
第五章 系统误差分析  48-55
  5.1 影响系统测量精度的主要因素  48-49
  5.2 PSD光敏面定位带来的误差  49-51
  5.3 PSD传感器噪声电流引起的误差  51-52
  5.4 电噪声引起的误差  52-55
    5.4.1 电噪声及其误差分析  52-53
    5.4.2 采取的措施  53-55
第六章 系统调试和实验研究  55-65
  6.1 系统调试  55-58
    6.1.1 机械系统调试  55-57
    6.1.2 激光功率的调整  57
    6.1.3 电路调试  57-58
  6.2 试验研究  58-65
第七章 全文总结及展望  65-67
  7.1 全文总结  65
  7.2 展望  65-67
参考文献  67-70
攻读硕士学位论文期间发表的学术论文  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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