统，来对施工难度进行评估并保证施工过程的安全。在风力发电塔正式运行的过程中 同样需要沉降监测系统来实时监控沉降量，对于异常的沉降及时作出报警，告知风力 发电场的工作人员需要及时地对风力发电塔进行维修和保养。此外，一套实时的沉降 监测系统还能根据沉降量的曲线预测未来一段时间风力发电塔基座的沉降情况，评估 其安全状况。

2。1。1 监测系统设计的基本思路

本文旨在设计一套利用激光和 CCD 技术的平台沉降监测系统，利用激光的特点和 CCD 的高分辨率，很容易精确地测量 mm 级的位移（沉降），借助四个不同方向上的 测量装置还可以计算出基座的倾斜程度。图 2-1 所示的是基座平台沉降测量装置俯视

图，图 2-2 所示的是测量装置的侧视图。

图 2－1： 基座平台沉降测量装置俯视图

图 2－2： 基于 CCD 的激光测沉降示意图

整个装置的原理是：激光管向刻度桩上的 CCD 照射激光，然后根据 CCD 的输出数 据可以计算出激光照射的位置。正常情况下，CCD 输出的位置信息应当是一个稳定的 值（如图中实线所示），当风力发电平台基座发生沉降时，CCD 输出的位置将会发生 偏移（如图中虚线所示），根据位置的偏移就可以算出某一个方向上的沉降信息。将 四个方向上的沉降信息汇总后，可以计算出整个平台的沉降情况和倾斜状况，从而对 风力发电平台基座的健康状况作出评估。同时可以根据测得沉降数据算出沉降的变化 率等信息，并以此为依据预测平台未来一段时间的安全状况。

2。1。2 监测系统设计的技术关键

要保证装置的稳定运行，并测量出准确的信息，需要保证 CCD 所在的刻度桩不能 发生任何沉降或倾斜，并且激光管的光束宽度要足够的小，CCD 的分辨率也要足够的 高。由于刻度桩相比风力发电平台基座重量要小的多，受外界的影响也很小，因此保 证刻度桩的稳定在工程上并不难实现。近年来激光工艺也得到了显著地提升，生产激

光管的成本也在逐年下降，因此保证激光管的光束宽度足够的小也并非难事。所以本 设计的技术关键在于选取高分辨率的 CCD，并将其数据准确的读取并处理。

近年来 CCD 技术发展越来越快，在很多场合都可以看到 CCD 应用，原本高分辨率 的 CCD 器件成本相当昂贵，随着技术的革新，很多高性能却廉价的高性价比 CCD 出现

在市面上 9。但是随着分辨率的提高，CCD 的工作频率也逐渐提高，绝大部分的线阵

CCD 的工作频率都在 1MHz-100MHz 之间，而面阵 CCD 工作频率往往还要更高。为了能 够驱动 CCD 工作并能完整的采样 CCD 输出的数据，就必须为之设计一套高速的采集、 存储和处理电路，而如何设计出一套能够稳定工作的高速电路正是本设计的技术关键 和难点。

图 2－3： 测量系统功能框图

图 2-3 所示的是测量系统的功能框图，CCD 获取激光管照射的位置信息后将其输 出给信号预处理电路，随后通过 ADC 采样，将模拟量转换为数字量，FPGA 高速采后 将数据暂存中 FIFO 中，MCU 稍后再将数据从 FIFO 中读走并进行相应的处理。论文网

2。2 沉降值测量与测量器件特性

从 CCD 中读取并处理后的数据只是激光管当前照射的位置信息，因此，如果要计 算风力发电平台基座的沉降数据就必须提前告知系统未发生沉降时的数据。这需要在 安装完成测量装置之后先测量出当前的数据，并将其设置为未发生沉降的数据，作为 系统计算沉降的参考值。

为了能够准确无误的获取测量数据，并对其进行最为合理的处理，必须要了解 CCD 的基本特性和激光器的原理与特性。下面将分别简要地介绍 CCD 和激光器的基本特性 和常见应用。