光电成像器件8.7节

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1、8.8线阵CCD的应用实例8.8.1钢板宽度的非接触自动测量在被测钢板的两边缘处分别安装远心照明光源系统，经探测器的成像物镜使钢板的边缘清楚地成像在CCD的像敏面上。CCD输出信号经计算机系统内的A/D数据采集卡转换后，送到计算机系统进行边界判断和钢板宽度的测量。探测器1与探测器2分别安装在同一个支撑架的两端，它们的中心距为l0。图8-31钢板宽度的非接触自动测量系统1.宽度测量原理稳定的远心照明光源1与2发出的光使被测钢板的边沿能够被成像物镜清楚地成像在两个线阵CCD的像敏面上，CCD1与CCD2图8-32钢板宽度测量原理方框图在同步脉

2、冲的驱动下分别输出信号U1与U2。经二值化处理或A/D转换提取边界后，得到二值化信号D1与D2。D1的下降沿对应于CCD1的第N1个像敏单元，D2的上升沿对应于CCD2的第N2个像敏单元，它们又分别表示钢板边缘的像在CCD1与CCD2像敏面上的位置。因此，可以推导出钢板的宽度的计算公式，为（8-21）图8-33CCD的输出波形式中，β1与β2分别为两个探测器光学成像物镜的横向放大倍率，S0为CCD像敏单元长，式中的正负号要根据CCD的安装方向确定。2.测量范围与测量精度(1)测量范围钢板宽度的测量测量范围与两探测器的中心距l0有关，即与探

3、测器安装架的调整与锁定方式有关。若l0可以大范围的调整与锁定，系统的测量范围将会很大。另外，宽度的测量范围还与两探测器成像物镜的横向放大倍率β1与β2有关，与所选用的CCD像敏单元长及像元数N等参数有关。(2)测量精度对式（8-21）取微分，由于系统确定后除像元数N1与N2外的其他参数均为常数，因此（8-22）测量精度与CCD的像元长度S0、光学系统的放大倍率β等参数有关。当光学系统的横向放大倍率β1与β2均为1时，CCD的像元长度S0常为几毫米到十几毫米，因此宽度测量的精度很容易做到高于±0.1mm。3.测量速度线阵CCD测量周期为其转

4、移脉冲SH的周期T，它由所选线阵CCD的像元数N及驱动频率f决定，通常有（8-23）式中，Nd为大于线阵CCD虚设单元的任意数（由设计驱动器者决定）。显然，N与Nd值越大，SH的周期T越长，而提高驱动频率f将缩短SH的周期T，提高测量速度。一般驱动频率f为数MHz，测量周期常为ms量级。板材定长裁剪系统1.定长裁剪系统的结构被裁板材经传动轮和从动轮展开，并以一定的速度v经过裁减装置(剪刀)输送到光电检测系统。光电检测系统由光源、光学成像系统、光电器件构成。裁剪控制系统接收信号处理系统发出的执行命令，使剪刀执行相应的裁剪动作。图8-34板

5、材定长裁剪系统2.定长裁剪原理设光电系统的中心安装在距裁剪剪刀口l0远处。当被裁板材沿箭头所示方向运动到光电探测系统的视场内，被裁板材边缘的像成在光电器件的光敏面上，使光电器件输出的光电流减小，输出电压降低。而且，随着板材的运动输出电压将越来越小。当它减小到一定程度，判别电路将输出电压跳变，使板材的运动停止，裁剪系统启动，剪刀下落将板材剪掉。当板材被剪掉后，光电器件又被光完全照亮，光电流又恢复到最大值，它使剪刀抬起，启动传动系统使板材继续沿箭头方向运动。实现传动与裁剪的自动控制。角度传感器可用来计量板材的总传输量。3.定长裁剪系统精度分析

6、若裁剪系统的光电传感器采用面积为S的硅光电池(或硅光电二极管)，在光敏面全被入射光照射时，光电流IL很大，变换电路的输出为低电位，用做整形的非门电路输出为高电平。当光敏面部分被遮挡时，光电流IL减少，变换电路的输出电位增高，当它高于阈值电位Uth值时，非门电路输出将由高变低。输出控制传输系统和剪刀动作的命令。图8-35光电变换电路假设光源所发出的光经光学系统后均匀地投射到光电器件上，光敏面上的照度为E。当光电器件为矩形硅光电池时，它输出的光电流IL与入射光照度E的关系为IL=SφEA（8-24）其中，Sφ矩形硅光电池的灵敏度，A为光电器件

7、的受光面积，显然，在被裁板材没进入视场时为整个光电器件的光敏面。当被裁板材进入视场后，受光面积A将减少，必将引起光电流IL的下降。考虑硅光电池的灵敏度Sφ为常数，光源所发出的光是稳定的，故也是常数，则光电流IL的变化只与受光面积A有关。对于矩形硅光电池，面积为光电池的宽度b与长度L的乘积，即IL=SφEbL（8-25）被裁板材进入视场后，设光电池被遮挡的长度为l，光电流变为IL=SφEb（L-l）（8-26）显然，光电流的变化与光电池被遮挡的长度l有关，对式（8-26）取微分得ΔIL=－SφEbΔl（8-27）式中，负号表明光电流随遮挡量

8、的增加而减少。可以推出图8-35中U随遮挡量的变化关系为ΔU=SφEbRLΔl（8-28）上式表明，控制精度与反向电路的电压鉴别量有关，采用电压比较器模块可以获得微伏级的鉴别精度，由式（8-2