CCD物体重量实时动态监测的研究

2011-08-31 12:56:38来源: 互联网

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。

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

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。
其中l为弹簧原长,h为平面镜固定点距水平位置的高度,φ为平面镜处于平衡位置时与垂直方向的夹角。s为弹簧到平面镜固定点O水平方向上的距离。由图1可知:    (3)
利用相似三角形比例公式有:    (4)

    (5)

由(3)、(4)、(5)得    (6)


由公式(2)、(6)得    (7)


将式(7)代入式(1)得    (8)

三、系统设计

图2 系统原理图
如图2所示本系统的工作原理:CCD图像传感器把光信号转变为电信号。在A/D转换器中,将CCD产生的电信号转换为数字信号,并传输到图象存储单元。DSP通过对数字信号进行处理,最后输出结果。
[1] [2]

关键字:物体重量  实时动态监测

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0831/article_3376.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
物体重量
实时动态监测

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved