Оптоэлектронный метод и прибор для контроля плановых смещений гидротехнических сооружений

• Автор: Крук, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ

СТРУННЫХ ОТВЕСОВ ГИДРОТЕХНИЧЕКИХ СООРУЖЕНИЙ

1.2 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ИНДУКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КООРДИНАТ

1.3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.3.1. Предпосылки создания новой технологии измерения координат струнных отвесов

1.3.2. Возможные направления на пути создания измерителя координат нового типа

1.3.3. Формулировка задачи исследования

1.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫМИ МЕТОДАМИ

2.1 ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ
2.1.1 Основные требования к оптической системе, общие соотношения
2.1.2 Оценка разрешающей способности и глубины резкости оптической системы
2.1.3 Оценка светотехнических параметров оптической системы
2.1.4 Влияние смешения объектива перпендикулярно к оптической оси
2.1.5 Смещение предмета вдоль оптической оси
2.1.6 Использование диафрагм
2.1.7 Пример расчёта оптической системы
2.2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТИПА ОПТОЭЛЕКТРОННОГО СЕНСОРА
2.3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ИЗМЕРЕНИЙ
2.3.1 Определение уравнения связи координат регистрируемого объекта с показаниями
фотоэлектронных преобразователей
2.3.2 Исследование алгоритмов определения координаты изображения объекта на
поверхности фотоприёмника ■
2.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
3. ОБЩАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ И
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1 МА ТЕМА ТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ
3.1.1 Математическая модель фоно-целевой обстановки
3.1.2 Математическая модель оптического преобразования
3.1.3 Математическая модель оптоэлектронного преобразования
3.1.4 Методика моделирования оптоэлектронной системы на ЭВМ
3.2 ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТИ И СПОСОБЫ ИХ МИНИМИЗА ЦИИ
3.2.1 Шумы и искажения фотоприёмных матриц
3.2.2 Аналогово-цифровое преобразование

3.2.3 Погрешности измерения временных параметров сигнала
3.3 ВЛИЯНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ОБЩУЮ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
3.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ И НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ
4.1 НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬ ТАТЫ ЦИФРОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ НА ЭВМ
4.2 ОПИСАНИЕ ИСПЫТА ТЕЛЬНОГО СТЕНДА И РЕЗУЛЬ ТА ТЫ РАБОТЫ ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МАКЕТА
4.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА
4.4 РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТРОЙСТВА НА МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЧКЕ ПЛОТИНЫ
4.4 ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕНОСА ТЕХНОЛОГИИ НА ДРУГИЕ ЗАДА ЧИ ИЗМЕРЕНИЙ - ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ СТРУННЫЙ СТВОР
4.5 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. Одной из тенденций развития современного общества является повышение требований к промышленным предприятиям с точки зрения сохранения экологии окружающей среды и рационального природопользования, что, в свою очередь, порождает спрос на технологии мониторинга природнотехногенной сферы и обеспечения безопасности промышленных объектов.
Плотины гидротехнических сооружений являются объектами повышенной опасности и требуют непрерывного всеобъемлющего контроля за состоянием их целостности и прогнозирования динамики их прочности как в период строительства, так и в период эксплуатации, что отражено в Федеральном законе о безопасности гидротехнических сооружений и иных нормативных актах Российской Федерации.
Особую важность представляет проблема геодезического контроля плановых смещений тела плотины, которая в общем случае решается измерением смещений контрольных точек от положения вертикальных струнных отвесов, заложенных в конструкцию гидротехнического сооружения на этапе строительства.
Имея достоверную информацию о перемещении системы струнных отвесов, можно не только оценить текущие смещения тела плотины, но и осуществлять краткосрочный и долговременный прогноз поведения плотины в периоды наполнения и сброса воды.
В настоящее время в России автоматизированное измерение плановых смещений контрольных точек плотины по прямым и обратным струнным отвесам производится двухкоординатными преобразователями координат индуктивного типа.
Проведённый анализ выявил, что данные средства измерения на сегодняшний день в моральном и техническом плане полностью устарели, обладают

<=/'•( 1-г,); ^=/Ч1-у2)
получаем:
(2.16)
Т.е. отношение смещения плоскости изображений к плоскости предметов равно произведению линейных увеличений в первом и втором положении предмета (изображения).
Т.к. конструктивно плоскость приёмника изображения - фотоматрицы расположена неподвижно относительно объектива, удаление плоскости предметов от объектива приведёт к изменению линейного увеличения и “размытию” изображения, регистрируемого фотоприёмником, рисунок 2.4:
Рисунок 2.4 - Изменение изображения на фотоприёмнике при удалении предмета от объектива: у - наибольшее допустимое отклонение объекта от оптической оси системы в поперечном направлении, у' — изображение у на поверхности фотоприёмника при положении предмета в плоскости 2, В — плоскость поверхности фотоприёмника, 0 - центр координат
В ситуации, изображённой на рисунке 2.4, чёткое изображение на фотоприёмнике получится только при положении объекта в плоскости 2, в прочих
3 2 1 чН
Ас1'