吳建新，容太平　　摘要: 本文研究了一種利用ccd傳感器對物體重量進行實時動態(tài)測量的方法。在討論了利用ccd測物體重量的原理的同時，還給出了基于dsp的硬件實現(xiàn)，最后給出了數(shù)據(jù)處理的過程及算法?！　￡P鍵詞：ccd；動態(tài)測量；dsp；一、 引言　　由于ccd具有尺寸小，重量輕、功耗低、超低噪聲，動態(tài)范圍較大，線性好，光計量準確、光譜響應范圍寬，幾何結構穩(wěn)定，工作可靠和耐用等優(yōu)點。因而，在工件尺寸測量，工件表面質量檢測，物體膨脹系數(shù)檢測以及圖象傳感，攝像機，智能傳感器等方面得到了廣泛的應用。本文則討論利用ccd作為圖象傳感器結合光學技術對物體的重量進行測量。目前，對物體的重量進行測量主要依據(jù)兩種基本原理。一是利用力學中的杠桿平衡原理，二是利用各種傳感器將物體的重量信息轉化成電信號，再對此電信號進行分析處理提取該物體的重量信息。前者適用范圍廣，即可測出從非常輕到非常重的物體的重量，并且是一種經(jīng)濟的方法，但測量精度有限和需人工完成。因此這種方法無法達到實時動態(tài)測量。后者由于采用了傳感器，這就有利于利用電子裝置來對重量信息進行分析、計算，以及結果的顯示。但是很多傳感器受到動態(tài)范圍的限制。本文則從光學技術角度結合力學原理利用ccd傳感實現(xiàn)了對重物的動態(tài)實時測量。二、 測量原理　　ccd對物體進行測量的原理如圖1所示。平面鏡的轉動支點為o，且垂線ow交透鏡軸為w點。w點位于f′﹙焦距﹚與2f′之間。當沒有測量物體時，平面鏡與激光束的交角為θ。ccd放在透鏡的右邊，它和透鏡中心的距離為f′,這樣便于計算y′。下面分析其原理并導出測量公式。　　1、被測物體在彈簧上產(chǎn)生形變。設物重為g，彈簧的彈性系數(shù)為k，形變?yōu)閤，根據(jù)虎克定律：則 g=kx （1）　　2、將彈簧形變反映為平面鏡的轉角變化θ 圖1 測量原理圖　　3、半導體激光器發(fā)出的連續(xù)平行激光，入射到平面反射鏡上，平面鏡不同位置對應于不同反射光線。反射光線聚集到ccd上，如圖1所示，利用副光軸的作圖法，不難得出下面關系式：yˊ=fˊtg2θ （2）其中yˊ代表ccd上的光點到光軸的距離。fˊ代表透鏡的焦距，θ代表平面反射鏡的轉角。由此可見如果能夠通過ccd快速準確地獲得yˊ，那么通過求反函數(shù)就可以求得θ下面推導測物體重量g的公式，也就是要導出g與yˊ關系式。其中l為彈簧原長，h為平面鏡固定點距水平位置的高度，φ為平面鏡處于平衡位置時與垂直方向的夾角。s為彈簧到平面鏡固定點o水平方向上的距離。由圖1可知：（3）利用相似三角形比例公式有： （4）又 （5）由（3）、（4）、（5）得 （6）由公式（2）、（6）得（7）將式（7）代入式（1）得（8）三、系統(tǒng)設計 圖2 系統(tǒng)原理圖　　如圖2所示本系統(tǒng)的工作原理：ccd圖像傳感器把光信號轉變?yōu)殡娦盘?。在a/d轉換器中，將ccd產(chǎn)生的電信號轉換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)綀D象存儲單元。dsp通過對數(shù)字信號進行處理，最后輸出結果?！　∥矬w使彈簧產(chǎn)生的形變，通過傳動裝置，平面鏡會轉動一個角度 ，激光器產(chǎn)生的激光照射在平面鏡上不同的位置產(chǎn)生不同的反射光線。通過透鏡聚集到ccd上。ccd產(chǎn)生的電信號是視頻信號，需要對它進行預處理。由于信號比較小，首先要進行放大，然后還需要進行抗混疊濾波?！　⌒盘柦?jīng)過預處理后，還不能被dsp所接受。需要把信號進行a/d數(shù)據(jù)轉換，在a/d轉換時采用ti公司的a/d芯片tlc5510,它是一種高速a/d轉換器。a/d轉換是在