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电荷耦合图像传感器在细线直径测控系统中的是嘛

发布时间:2021-07-15 10:38:05 阅读: 来源:顶管厂家

电荷耦合图像传感器在细线直径测控系统中的应用

1 引 言

电荷耦合图像传感器件[1]自1969年发明以来,无论是研究方面还是应用方面都取得了惊人的进展,已经成为图像敏感元件中最好的器件。它突出的特点是以电荷为信号,它的基本功能就是将光信号转换为电荷信号,通过外部控制电路实现电荷的存贮、转移和检测。

现实中许多场合需要对细线的直径进行测量及控制,比如漆包线、光纤等。这些细丝的直径一般很小,约在20~50μm的范围,不能使用普通的方法进行测量,文中介绍的是应用激光衍射法可以方便地进行这个尺度范围的测量;结合电荷耦合图像传感器件及计算机控制系统,则能实施细丝直径的测量,从而形成自动化检测质量控制系统。

2 激光衍射法测细丝直径的物理原理

如图2—1所示是夫朗禾费衍射原理图,激光器发出的平行单色光入射直径为d的细丝障碍物,衍射光过透镜后,投射在放置在透镜焦平面上的接收屏上,根据夫朗禾费衍射公式

式中,d为细丝直径;θ为衍射角;λ为入射激光的波长,K为衍射暗条纹的级次。

通过衍射关系,可将细丝直径的测量放大为衍射角的测量。而这个测量是很方便的。

如果使用普通He-Ne激光器,则激光波长为λ如仍有疑问讲,这个衍射角范围应是可行的另外,其测量值也是准确的。但这会导致接收屏过大,不利于测量、实施自动化检测质量控制。考虑到这一点,光源可采用氟化氪固体激光器,该激光器可产生波长为3.09~3.25μm的可调谐激光。在这种条件下,对应K=1,d=20μm,θ=8°53′;d=50μm,θ=3°30′,满足θ较小的条件,有sinθ≈tgθ=xk/f,将这个条件代入式(2—1),可得

式中xk为第K级暗纹到屏中心0的距离,参见图2—1。由此,可计算出相邻暗条纹之间的间距为

式(2—3)说明任何相邻暗条纹间距相等。由式(2—3)得到d的表达式

3 检测自动控制的实现 为了实现测量自动控制,可用线阵电荷耦合图像传感器件(CCD)代替接收屏,如图3—1所示,为了能够自动测量暗纹间距s,采用线阵CCD图像传感器将衍射明纹光强分布转换为离散的电信号,通过外部控制电路和计算机实现电荷的存贮、转移和检测[2、3]。这样,测细线直径d,就转化为通过图像传感器测量相邻暗纹的间距s。对式(2—4)应用最大误差传递公式,它分为3种手动人造板万能实验机就有

由于激光单色性很好,Δλ<10-5λ,可略而不计,透镜焦距f是由光学器件生产厂标定的,故Δf是一个确定量,对Δd的变化并不产生影响,在这里提高对d测量的精度,其变化参数只有s。故式(3—1)可改写为

式中C=λΔf/s,视为常数。式(3—2)表明,只要给出所要求d的变化范围Δd,就可以确定Δs,将这个确定的Δs输入外部控制系统,即可控制Δd,从而实现检测自动控制。

[参考文献]

[1]摩擦力比较大 周祖成.茅於海.电荷耦合器件在信号处理图像传感中的应用[M].清华大学出版社,1991.

[2] 黄贤武,等.传感器实际应用电路设计[M].电子科技大学出版社,1997.

[3] 周化仁,等.检测与转换技术[M].中国矿业大学出版,1989.

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