大坝在运行过程中一旦发生溃堤,会给事故发生国家带来巨大的灾害和经济损失。大坝安全监测具有非常重要的意义,为了满足大坝安全监测的高要求,研制出具有更高测量精度和可靠性的大坝安全监测仪器成为热点研究课题和发展趋势。本文采用CCD技术,利用图像处理方法进行了大坝外部变形监测仪器的研制,进行了如下研究:(1)变形监测仪器是大坝安全监测系统前端必不可少的主要监测设备,本文对各种变形监测仪器,从其工作原理到实际应用效果,进行了全方位的对比研究,认为CCD光电式仪器测量精度高,具有较好的长期稳定性与抗干扰能力,能满足不同工程实际情况的需求。通过查阅相关电力行业标准,对所要开发的大坝变形监测仪器设计提出了详细的要求和具体任务。(2)分析了大坝变形监测的分析方法,如引张线法、垂线法和水准法等主要监测方法。重点介绍了变形监测仪的位移检测原理,阐述了大坝变形检测仪器设计的总体思路,所设计的大坝变形智能监测仪主要包括引张线仪,垂线坐标仪和静力水准仪。(3)根据大坝变形智能监测仪需求分析及性能指标,提出了仪器设计的总体方案。详细讲解了仪器的机械结构和光学系统,给出了仪器硬件设计的总体结构框图,详细分析了仪器的电源模块、CCD驱动模块、控制模块、通信模块和显示模块等各部分功能电路。(4)根据仪器所要实现的功能进行下位机软件设计。利用可编程元器件采用Verilog语言设计CCD驱动软件。重点阐述了大坝变形监测仪器的系统测控程序设计、图像数据采集和处理的方法以及上位机与下位机通信的实现流程等。最后,对所研制的大坝变形智能监测仪器进行基本误差测试、高低温测试和稳定度测试。测试结果表明本文设计的仪器具有较高的测量精度,符合电力相关行业标准的要求,实现了仪器成本低、体积小、智能化和网络化的目的。