激光三角法油膜厚度测量传感器优化研究

摘要

海面油膜厚度的准确检测对环境保护、溢油事故预警与灾后治理具有重要意义。本文依据技术指标要求，基于课题组提出的差分激光三角法的油膜厚度测量方法，进行了传感器优化研究，完成了光路结构的设计以及误差补偿方法的研究。所做工作如下：
　　1.依据直射式激光三角法厚度测量原理，对垂直接收和倾斜接收方式进行了对比分析。介绍了差分激光三角法油膜厚度测量方法，推导了水-空气两种介质中的激光三角法厚度计算表达式。
　　2.根据技术指标要求对测量传感器进行了设计，采用CCD倾斜接收方式，满足了恒聚焦条件。在此基础上，绘制了传感器光路结构机械图，并设计加工了样品池及标准量块卡具。
　　3.完成了油膜厚度测量传感器实验系统的搭建，进行了传感器的标定和不同测量环境下不同厚度的陶瓷量块的测量实验，折射率1.3332的自来水中的厚度实验结果表明，测量结果的绝对误差小于0.025mm，相对误差优于1.1％。
　　4.分析了海水折射率变化对测量精度的影响机理，研究了测量误差随折射率变化的规律，提出了一种基于二维曲面拟合的误差补偿方法，并对补偿效果进行了实验验证。

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第一章 绪论

1.1海面溢油的危害及油膜厚度测量的研究意义

1.2油膜厚度测量的主要方法

1.3本文主要研究内容

第二章 满足恒聚焦条件的差分激光三角法油膜厚度测量传感器光路的设计

2.1激光三角法厚度测量的基本原理

2.2差分激光三角法的海面溢油油膜厚度测量原理

2.3光路的设计

2.4油膜厚度测量传感器光路机械结构设计

2.5本章小结

第三章 油膜厚度测量实验系统的搭建及厚度测量实验

3.1实验系统的搭建

3.2上位机软件的优化

3.3光斑图像的预处理及传感器标定实验

3.4不同环境中的厚度测量实验及结果分析

3.5本章小结

第四章 海水折射率变化对油膜厚度测量精度的影响

4.1海水折射率变化引起测量误差的原因

4.2不同折射率水中陶瓷量块厚度测量实验

4.3基于二维曲面拟合的误差补偿方法及补偿结果

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2展望以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