硕士研究生毕业答辩.ppt

LOGO答 辩 人：闫 洪 猛导 师：李 田 泽 教授研究方向：光电检测技术高精度多功能激光准直仪的研究山东理工大学电气与电子工程学院山东理工大学电气与电子工程学院答辩提纲v 课题的意义、主要任务v 高精度多功能激光准直仪硬件系统设计 v 高精度多功能激光准直仪评测软件设计v 系统误差分析 v 总结与展望 1.1 传统准直仪存在的问题 传统的经纬仪、正倒镜竖向投测法及吊垂线法等由于精度低、受现场条件限制等缺点越来越不能满足施工、安装和监测的要求。一、课题的意义、主要任务一、课题的意义、主要任务1.2 高精度多功能激光准直仪的特点 v 可测距离长v 精度高v 微机数据处理v 数字显示v 可实现仪器的小型化：机械结构、光学系统及信号处理电路 一、课题的意义、主要任务1.高精度多功能激光准直仪精度及功能 本文设计的高精度多功能激光准直仪器精度为0.05mm，分辨率为0.01mm，激光光束准直精度为10-6量级，示值范围为6mm，该仪器可以应用于大坝坝体水平位移的精密测量、高耸建筑垂直测量以及重型机械零部件的大尺寸高精度测量等，并且可以自动进行直线度误差评判和数据输出，便于数据的保存和后续处理。一、课题的意义、主要任务1.4 课题的主要任务v设计了双光束消漂移光学系统v深入研究和设计了数据采集处理系统 v设计了系统软件，可实现自动实时测量、EXCEL等各种格式的数据输出 v分析了PSD误差产生的原因v对高精度激光准直仪的后续工作了展望 二、高精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.1 硬件组成二、高精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.2 PSD的原理（横向光电效应）二、高精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.3 改进表面分流型二维PSD二、高精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.4 PSD的特点v没有工作死区，可以给出光点在整个光敏面上移动的连续性位置数据；v分辨率高，响应速度快，线性较好；v不需要扫描，从而简化了外围电路，具有较高的性价比；v检测时不受入射光束的形状以及光强波动的影响。二、高精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.5 光学原理 二、精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.6 DMC1000步进电动机控制卡 二、精度多功能激光准直仪硬件系统设计2.7 数据采集系统 数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成。本系统硬件采用了PCL-818L三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计 主要任务实现界面和算法优化、测量输入长度与电动机同步、动态实时测量、各种输出格式等三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.1 3.1 直线度测评软件的规划直线度测评软件的规划 v能选择不同的评定方法；v能够进行单点测量和连续测量；v能够提供针对不同的用户（仪器）输入不同类型的测试数据。如：手工输入角差值或线差值，自准直仪或激光准直仪输入数据；v能够选择不同的数据处理方法，如两端点连线法、最小区域包容法；v能够改变电动机的速度、驱动速度和驱动方向；v能够输出平面测量图，并且可以保存；v能够提供多种数据输出格式，如文本格式、EXCEL格式、拷屏输出等；v能够选择数据采集卡的测量通道。三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.2直线度测评软件的主要功能 本系统所设计的软件主要功能有：交互式界面、PSD光靶的等间距移动控制、单点及动态实时数据采集、数据评测输出等。三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.3 直线度测评软件的评定方法 形状误差的评定，是以被测实际要素相对于理想要素的最大变动量来确定的。由于直线度误差曲线的不同，理想要素(理想直线)的位置也是浮动的。评定直线度误差时根据理想直线的确定方法不同，可分为神经网络法、两端点连线法、最小区域法和最小二乘法。三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.3.1 两端点连线法 三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.3.2 最小区域包容法最小区域包容法三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.4 直线度测评软件的主要组成部分 三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计 3.5 直线度测评软件的关键技术 本文所要设计的主要软件部分是数据采集模块、步进电机驱动模块、数据显示和输出等等，系统中主要用到 、DAQAI、Timer控件、CommonDialog控件、滚动条控件等。ActiveDAQ ActiveDAQdeviceMSComm三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.5.1 ActiveDAQ ActiveDAQ是一套高效数据采集开发组件，可以方便地应用于Visual Basic、Visual C+、Borland c+、Delphi以及各种支持ActiveX控件的组态软件中，通过控件的属性、时间、方法可以很方便地对控件进行编程。本软件选用ActiveDAQ控件和DMC1000控制卡进行软件设计，通过对两种控件的编程可实现数据的单点采集、多点采集、静态测量以及动态连续实时测量和自动标定功能。三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.5.2 ActiveDAQ参数 ActiveDAQ控件共有的两种属性参数DeviceNumber和 DeviceName。对DeviceNumber的设定可以通过两种方式：一 种 方 式 就 是 通 过 控 件 属 性 窗 口 的DeviceNumber来直接设定；另一种方式就是通过SelectDevice方法运行后产生的选择板卡设备的对话框来选择，并会在控件的属性窗口返回DeviceNumber与DeviceName的属性值。三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.5.2 ActiveDAQ参数 第一种方式 第二种方式三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.5.3 DAQAIDAQAI控件的属性 StartChannel、NumberOfChannes、DataType、NumberOf Samples 等 DAQAI控件的方法 SelectDevice、RawInput 与 RealInput、AcquireStart 与 AcquireStop、GetBufferData 与GetBufferDataEx DAQAI控件的事件 OnEventRaw 与OnEventReal、OnTerminated三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.6 直线度测评软件的操作界面 三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.6 直线度测评软件的操作界面 三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.6直线度测评软件的操作界面 三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.6 直线度测评软件的操作界面 三、高精度多功能激光准直仪评测软件设计3.6 直线度测评软件的操作界面 四、系统误差分析 论文进行了高精度多功能激光准直仪的相关实验，得出了相应的数据，同时分析了该仪器误差产生的原因：系统光源；A/D转换误差；透镜组的像差；PSD传感器自身误差及处理电路误差；传动系统转动时的传动误差等。五、总结与展望 5.1 总结 激光准直仪的出现，打破了工程测量长期以来只能提供基准直线的历史。该基准面可以是水平面、竖直面或者一定倾斜度的倾斜基准面。水平基准面可以用于广场、建筑地板、吊顶装饰灯；竖直可以用于墙、柱、高层建筑玻璃墙面施工；倾斜基准面可用于道路、铁路等倾斜基准面施工，从而显著地扩大了仪器的应用范围。五、总结与展望 5.2 展望v光源选择方面，选择更加理想的光源，减小发散角，提高光线的稳定性，尽量缩小光斑的大小。随着集成度的提高，可以将光源和PSD整合成密闭的无杂散光的器件，这样可以尽量消除外界杂散光的影响。v目前PSD只适用于单点测量，还不能对多点进行同时测量。随着CMOS技术的发展，PSD的集成度、效率会更高，功耗、暗电流等影响因素会更低。五、总结与展望 v在PSD处理电路中，当信号非常弱的时候，可以加入反馈控制，控制电路使得信号输入也按比例增大，提高信噪比，进而提高系统的测量精度。v软件优化与选择,Visual Basic有其自身的优点，但对于现阶段来说VB的运行速度相对与其它编程软件来说速度稍慢，界面过于呆板，与硬件之间的通信相对复杂。如Matlab功能强大、编程简单、图象输出简便、处理速度快,其中的Data Acquisition Toolbox工具箱在数据采集和处理方面就比较优异。致谢感谢各位老师！