CCD物體重量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的研究

一、引言
由于CCD具有尺寸小，重量輕、功耗低、超低噪聲，動(dòng)態(tài)范圍較大，線性好，光計(jì)量準(zhǔn)確、光譜響應(yīng)范圍寬，幾何結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠和耐用等優(yōu)點(diǎn)。因而，在工件尺寸測(cè)量，工件表面質(zhì)量檢測(cè)，物體膨脹系數(shù)檢測(cè)以及圖象傳感，攝像機(jī)，智能傳感器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。本文則討論利用CCD作為圖象傳感器結(jié)合光學(xué)技術(shù)對(duì)物體的重量進(jìn)行測(cè)量。目前，對(duì)物體的重量進(jìn)行測(cè)量主要依據(jù)兩種基本原理。一是利用力學(xué)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(zhuǎn)化成電信號(hào)，再對(duì)此電信號(hào)進(jìn)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(cè)出從非常輕到非常重的物體的重量，并且是一種經(jīng)濟(jì)的方法，但測(cè)量精度有限和需人工完成。因此這種方法無法達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。后者由于采用了傳感器，這就有利于利用電子裝置來對(duì)重量信息進(jìn)行分析、計(jì)算，以及結(jié)果的顯示。但是很多傳感器受到動(dòng)態(tài)范圍的限制。本文則從光學(xué)技術(shù)角度結(jié)合力學(xué)原理利用CCD傳感實(shí)現(xiàn)了對(duì)重物的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量。

二、測(cè)量原理
CCD對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量的原理如圖1所示。平面鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)為O，且垂線OW交透鏡軸為W點(diǎn)。W點(diǎn)位于f′v焦距w與2f′之間。當(dāng)沒有測(cè)量物體時(shí)，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(jì)算y′。
下面分析其原理并導(dǎo)出測(cè)量公式。
1、被測(cè)物體在彈簧上產(chǎn)生形變。設(shè)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：

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(shè)計(jì)