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光学自准直角传感器系统的关键技术研究与实现

刘会  
【摘要】:光学自准直测角方法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点被广泛应用,CCD(电荷耦合器件)是一种性能独特的半导体光电器件,将CCD技术应用于角度测量,对小角度变化量的测量具有很强的优势。 本文首先介绍了光学自准直角传感器的测量原理,并对线阵CCD的工作原理进行了研究,以此为基础采用半导体激光器为光源,设计了光学聚焦及成像系统,对线阵CCD外围电路的设计进行了理论设计和实验研究,最后设计了以CCD为光电转换元件的非接触式角度测量仪及其系统。 本文运用VHDL硬件描述语言,结合复杂可编程逻辑器件(CPLD),完成了对CCD的驱动时序电路的设计,使整个驱动电路体积小,缩短了周期,可随时修改设计,提高了电路的可靠性和灵活性。CPLD设计采用了MAX+PLUS Ⅱ开发环境完成器件的全部工作,使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。视频信号处理电路完成了原始信号的初级捕捉、滤波、视频放大等处理,设计了浮动阈值二值化处理电路。同时用CPLD产生计数脉冲,最后送入微处理器进行运算处理,并设计了与上位机的通讯接口。 对CCD驱动及视频处理电路进行了试验,结果表明驱动电路能很好地与CCD配合,充分发挥CCD光电转换特性,输出稳定可靠的电信号。视频处理电路对影响CCD“像质”的主要噪声均有明显的抑制效果,提高了信噪比,为进一步的信号处理提供了高质量的信号。对微处理器控制部分进行了硬件设计和编程调试,并进行了系统整体误差分析。理论分析及实验表明,采用CCD为光电转换元件的光学自准直测角方法是可行的。


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