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(多图) CCD物体重量实时动态监测的研究

来源:TI/华中科技大学 电子与信息工程系 吴建新 容太平?? 2006年08月02日 ?? 收藏0

?????? 一、引言

?????? 由于CCD具有尺寸小,重量轻、功耗低、超低噪声,动态范围较大,线性好,光计量准确、光谱响应范围宽,几何结构稳定,工作可靠和耐用等优点。因而,在工件尺寸测量,工件表面质量检测,物体膨胀系数检测以及图象传感,摄像机,智能传感器等方面得到了广泛的应用。本文则讨论利用CCD作为图象传感器结合光学技术对物体的重量进行测量。目前,对物体的重量进行测量主要依据两种基本原理。一是利用力学中的杠杆平衡原理,二是利用各种传感器将物体的重量信息转化成电信号,再对此电信号进行分析处理提取该物体的重量信息。前者适用范围广,即可测出从非常轻到非常重的物体的重量,并且是一种经济的方法,但测量精度有限和需人工完成。因此这种方法无法达到实时动态测量。后者由于采用了传感器,这就有利于利用电子装置来对重量信息进行分析、计算,以及结果的显示。但是很多传感器受到动态范围的限制。本文则从光学技术角度结合力学原理利用CCD传感实现了对重物的动态实时测量。

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sp;???? 二、测量原理

?????? CCD对物体进行测量的原理如图1所示。平面镜的转动支点为O,且垂线OW交透镜轴为W点。W点位于f′﹙焦距﹚与2f′之间。当没有测量物体时,平面镜与激光束的交角为θ。CCD放在透镜的右边,它和透镜中心的距离为f′,这样便于计算y′。

?????? 下面分析其原理并导出测量公式。

?????? 1、被测物体在弹簧上产生形变。设物重为G,弹簧的弹性系数为k,形变为x,根据虎克定律:


?????? 则 G=kx (1)

?????? 2、将弹簧形变反映为平面镜的转角变化θ?

????????????????????????????????????????? 测量原理图
??????????????????????????????????????????????????????? 图1 测量原理图

?????? 3、半导体激光器发出的连续平行激光,入射到平面反射镜上,平面镜不同位置对应于不同反射光线。反射光线聚集到CCD上,如图1所示,利用副光轴的作图法,不难得出下面关系式:


???????yˊ=fˊtg2θ (2)

?????? 其中yˊ代表CCD上的光点到光轴的距离。fˊ代表透镜的焦距,θ代表平面反射镜的转角。由此可见如果能够通过CCD快速准确地获得yˊ,那么通过求反函数就可以求得θ

?????? 下面推导测物体重量G的公式,也就是要导出G与yˊ关系式。

????? 推导测物体重量G的公式

点击看原图



?????? 三、系统设计

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CCD? 动态测量? DSP?

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