基于DSP的物體重量實時動態(tài)監(jiān)測的研究

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。
關(guān)鍵詞：電荷耦合器件，動態(tài)測量，DSP

1　引　言
　　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(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，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，量程大，是一種經(jīng)濟的方法，但測量精度有限且需人工完成，因此，這種方法無法實現(xiàn)實時動態(tài)測量。后者采用了傳感器，這就有利于用電子裝置來對重量信息進行分析、計算，并顯示結(jié)果，但是，很多傳感器受動態(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傳感實現(xiàn)了對物體的動態(tài)實時測量。
2　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(zhuǎn)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(dāng)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(dǎo)出測量公式。
　　被測物體在彈簧上產(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，則
　　G＝kx。（1）
將彈簧形變反映為平面鏡的轉(zhuǎn)角變化θ。
　　半導(dǎo)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(yīng)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，不難得出如式（2）所示的關(guān)系：
　　
其中，y′代表CCD上的光點到光軸的距離。f′代表透鏡的焦距，θ代表平面反射鏡的轉(zhuǎn)角。由此可見，如果能夠通過CCD快速準(zhǔn)確地獲得y′，那么通過求反函數(shù)就可以求得θ。
　　下面推導(dǎo)測物體重量G的公式，也就是要導(dǎo)出G與y′的關(guān)系式。
　　圖1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，

又

　　將式（7）代入式（1）得　　

3　系統(tǒng)設(shè)計
　　圖2所示是本系統(tǒng)的工作原理：CCD圖像傳感器把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｔ贏／D轉(zhuǎn)換器中，將CCD產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)綀D像存儲單元。DSP通過對數(shù)字信號進行處理，最后輸出結(jié)果。

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