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变锥形管道参数测量中的信息获取与控制技术

吴东亮  
【摘要】:变锥形特殊管道在能源、航天、国防等诸多领域内有着广泛的应用,其静态参数的高精度检测是变锥形特殊管道设计、研究和使用过程中一个必需且重要的技术环节。作者在对现有的变锥形管道信息获取的原理、方法和检测设备的局限性进行深入分析的基础上,研究并设计了一套自动化高精度的测量设备。本文以变锥形管静态参数测量的信息获取与控制问题为切入点,对系统研制过程中的信息获取和通信控制技术进行了深入研究,提出了相应的解决方案,并通过实验证明了其实用性和有效性。 首先,针对变锥形管的昏暗复杂的内部环境,设计了基于LED的环形分布式场景照明光源,为内腔参数信息的获取提供了必备条件,实践证明该光源能够保证在变锥形管内部获取较高质量的图像。然后,针对进深参数,采用基于容栅传感器的容栅数显法进行测量;对于内径参数,设计了基于正交双标尺的内腔参数信息获取方案,并提出了视窗跟踪法来准确提取刻线信息;同时对内径信息获取方案的精度进行了标定,结果表明了方案的合理性。 其次,在充分考虑系统工作环境的基础上,设计了基于单片机的步进电机控制电路,制定了适合本系统的通信协议,实现了上下位机之间的串口通信,并通过自适应控制步长的方法实现了测量本体在变锥形管内的进深精确定位控制,实验表明,系统本体可在变锥形管内稳定地运动并精确定位。 最后,通过对影响系统测量精度的误差源进行分析和对测量结果的总结,为下一步的研究工作提供了改进的方向。


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