CCD測(cè)量光纖直徑系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本.docx

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1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。CCD測(cè)量光纖直徑系統(tǒng)設(shè)計(jì)SA11009045張海濱CCD成像測(cè)量技術(shù)是測(cè)量方法中的一個(gè)較新的分支,其特點(diǎn)是利用CCD(電荷耦合器件)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行光學(xué)成像,然后采用圖像處理技術(shù)完成非接觸測(cè)量。利用CCD對(duì)光纖直徑進(jìn)行測(cè)量采用的就是這種技術(shù),本設(shè)計(jì)采用CCD平行光投影法,即經(jīng)過照明光路用平行光將被測(cè)工件投影在CCD光敏元件上成像,從而經(jīng)過像的尺寸獲得物體的尺寸。CCD以脈沖的形式輸出視頻信號(hào),每一個(gè)離散電壓信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)著該光敏元接收光強(qiáng)的強(qiáng)弱,

2、而信號(hào)的時(shí)序則對(duì)應(yīng)CCD光敏元位置的順序。CCD用自身電子掃描方式完成信息從空間域到時(shí)間域的變換?？墒墙?jīng)過CCD輸出與被測(cè)直徑相對(duì)應(yīng)的離散電信號(hào),但此信號(hào)幅值較低,質(zhì)量也較差,必須對(duì)其進(jìn)行濾波、放大、整形、二值化等處理后才能輸出給微機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。因此本次作業(yè)將重點(diǎn)對(duì)CCD輸出信號(hào)的后續(xù)工作如濾波電路、二值化電路和微機(jī)接口等模塊進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。一、測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上圖為利用遠(yuǎn)心光路進(jìn)行CCD的測(cè)量光路原理,D是被測(cè)物體的直徑;d是光電接收器上陰影的尺寸;f'是物鏡的焦距;L’是光電接收器與透鏡像方焦686點(diǎn)間

3、的距離。能夠計(jì)算得到被測(cè)物體的直徑:f'DL'd資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。CCD成像視場(chǎng)的位置變化對(duì)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響,因此需要在能夠保證被測(cè)物體成像物距不變,然而物方遠(yuǎn)心光路能夠部分消除被測(cè)物體成像物距微小變化所產(chǎn)生的影響,柯拉照明能夠使物體得到均勻地照明,在光學(xué)系統(tǒng)中一般對(duì)成像質(zhì)量和測(cè)量精度要求較高的系統(tǒng)均采用柯拉照明方式,因此能夠采用柯拉照明和物方遠(yuǎn)心光路組成的光學(xué)系統(tǒng)來測(cè)量被測(cè)工件的直徑。而且能夠經(jīng)過改變光闌3的大小,可控制成像系統(tǒng)中的孔徑角的大小;改變集光鏡2

4、的鏡框大小,可改變照明系統(tǒng)的孔徑角的大小,從而控制被照物面的范圍。二、信號(hào)處理部分設(shè)計(jì)CCD輸出的視頻信號(hào)不能直接進(jìn)行汁數(shù)處理及用于尺寸計(jì)算。首先由于信號(hào)微弱,且存在高頻干擾,因此需要進(jìn)行濾波放大。另外,光源發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定,光路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)也不可能盡善盡美,光帶邊緣存在一定色散,輸出信號(hào)在光照和陰影邊界處存在著由明到暗的過渡。為了得到與工件尺寸相關(guān)的陰影部分尺寸,需要對(duì)CCD輸出視頻信號(hào)進(jìn)行二值化處理,將其轉(zhuǎn)化成矩形波,然后用脈沖填充,計(jì)數(shù)器汁數(shù),再經(jīng)過微機(jī)接口與微機(jī)相連,結(jié)合控制程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息處理。

5、因而整個(gè)信號(hào)處理階段的流程框圖能夠用下圖表示:經(jīng)過測(cè)量系統(tǒng)后,CCD成像系統(tǒng)輸出的時(shí)序視頻信號(hào)應(yīng)當(dāng)如下圖所示:資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。能夠知道CCD輸出信號(hào)是時(shí)鐘頻率為1MHz的小脈沖信號(hào),幅值很小且疊加在一直流電平上,還有噪聲存在,陰影區(qū)和和光照區(qū)分界模糊,此信號(hào)不能直接進(jìn)行計(jì)數(shù)。首先應(yīng)經(jīng)過電容隔直,變成只有交流的信號(hào)。三、濾波器選用接下來對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理,由于我們需要濾掉小脈沖信號(hào),為高頻成分,因此選用一低通濾波器來實(shí)現(xiàn)。而該信號(hào)幅值非常小,因此采用有源濾波

6、器來對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理,因?yàn)橛性礊V波器除了具有濾波功能外,還能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的放大和緩沖作用;有源濾波器里面有采樣系統(tǒng),根據(jù)采樣結(jié)果,施加以大小相同,方向相反的諧波電流,予以抵消,因此,其濾波能力和效果在一定范圍內(nèi)是可變的,適用于信號(hào)處理;而且有源濾波器具有自適應(yīng)功能,可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波,具有高度可控性和快速響應(yīng)的特點(diǎn)。濾波過程中,需要對(duì)通帶以外的頻率成分實(shí)現(xiàn)較快的衰減,二階濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)40db/十倍頻的衰減速度,響應(yīng)較快。綜合上述描述,濾波器能夠選用二階有源低通濾波器。根據(jù)題意,電路需要實(shí)現(xiàn)的功能有

7、:電壓從500mv到3-5V的增益,頻率2成分1MHz的濾除。因此濾波器A0n的主要設(shè)計(jì)參數(shù)能夠設(shè)定如下:A(s)而濾波2器的品質(zhì)因數(shù)不可過小,截止頻率22KHz;nssnQ因此增益不超過3,若常見的壓控型有源濾波器的Q與增益A有關(guān)系:Q=1/3-A,要達(dá)到題目要求的10倍增益,能夠在濾波器的后方級(jí)聯(lián)一個(gè)放大電路,比如取Q=0.707,得到濾波器的放大增益為1.5,級(jí)聯(lián)的方法電路放大倍數(shù)A1=6即可滿足要求。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。二階低通濾波器傳遞函數(shù):其中:A0為濾

8、波器增益,n為特征頻率,Q為品質(zhì)因數(shù)。二階有源低通濾波器基礎(chǔ)電路級(jí)聯(lián)一個(gè)反相放大電路四、信號(hào)處理方法經(jīng)過濾波放大后的信號(hào)波形能夠用下圖近似表示:（1）、二值化處理(不采用A/D轉(zhuǎn)換)由于需要測(cè)量測(cè)量光纖直徑,就需要知道CCD成像的陰影輪廓位置,而實(shí)際七在成像面的投影像輪廓的亮度分布不是突變的,而是有一個(gè)由暗到明的過渡過程。過渡過程所占的脈沖個(gè)數(shù)越少,也就越有利于暗明界線的正確判斷。用遠(yuǎn)心光路照明時(shí),能夠認(rèn)為像的真