电荷耦合图像传感器在细线直径测控系统中的应用连接管

电荷耦合图像传感器在细线直径测控系统中的应用

电荷耦合图像传感器在细线直径测控系统中的应用 2011年12月09日 来源： 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在线测量，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讲，这个衍射角范围应是可行的，其测量值也是准确的。但这会导致接收屏过大，不利于在线测量、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　在线检测自动控制的实现 　　为了实现在线测量自动控制，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，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，从而实现在线检测自动控制。　［参考文献］［1］　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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