[发明专利]基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置，其特征在于：包括用于提供水平线激光束的水平线激光器、多路测量单元、通信模块、计算机控制模块；所述水平线激光器固定放置，所述多路测量单元分布在待测量装置上，所述测量单元包括依次连接的线阵CCD、数据采集模块、协议转换模块；所述多路测量单元的协议转换模块通过通信模块与计算机控制模块进行通信；

所述线阵CCD用于敏感水平线激光器发出的激光；

所述数据采集模块包括依次连接的初级信号调理单元、中央处理单元和片外存储单元；

所用初级信号调理单元包括阈值调节器、数字电位器和可编程逻辑器件，所述数字电位器用于设定阈值调节器的阈值电压，所述阈值调节器根据阈值电压和线阵CCD输出信号电压比较结果输出矩形脉冲串；所述可编程逻辑器件根据计算机控制模块设定的数值，调节数字电位器的输出电压；

所述片外存储单元用于存储测试得到的数据；

所述中央处理单元为线阵CCD提供驱动脉冲、通过阈值调节器输出的矩形脉冲串判断水平线激光在线阵CCD上的中心位置、控制片外存储单元上的读写时序和实现硬件中值滤波。

2.根据权利要求1所述的基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置，其特征在于：还包括设置在线阵CCD前的滤光片。

3.根据权利要求1或2所述的基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置，其特征在于：所述数字电位器为256抽头的数字电位器。

4.根据权利要求3所述的基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置，其特征在于：所述协议转换模块包括RS485协议转换芯片和微控制器；所述RS485协议转换芯片实现RS485和RS232协议之间的转换；所述微控制器将中央处理单元中得到的数据转换为RS232协议并传输到RS485协议转换芯片中，同时控制各线阵CCD之间的通信的时序以防止总线上的时序冲突；

所述通信模块包括传输电缆和USB协议转换芯片，所述USB协议转换芯片实现USB协议和RS485、RS232协议之间的相互转换，并通过传输电缆与计算机控制模块进行通信。

5.一种基于线阵CCD的非接触微小位移测量方法，包括以下步骤：

1)安装测量装置

将整个测量装置布置在要进行位移测量的环境中，其中水平线激光器固定，多个线阵CCD布置在被测量装置上，并处于可接收水平线激光器发出的激光的位置；

2)在测量环境中进行本底阈值电压标定

先不打开水平线激光器，将数字电位器的输出电压送至阈值调节器作为阈值调节器的阈值电压，调节数字电位器的输出电压，使得阈值调节器的阈值电压接近但不超过线阵CCD输出的模拟电信号电压，即不产生矩形脉冲串输出，此时的数字电位器的输出电压即为本底阈值电压；

3)测量位移

打开水平线激光器，调节水平线激光器的输出强度，使之超过本底阈值电压20％至100％，水平线激光器发出的激光照射在线阵CCD上，线阵CCD感光像元在驱动脉冲作用下输出模拟电脉冲信号，当输出信号电压超过设定的本底阈值电压时，阈值比较器输出矩形脉冲串，矩形脉冲的个数取决于本底阈值电压和线阵CCD输出信号电压在阈值调节器中的比较结果；

4)数据实时处理

矩形脉冲串输出到中央处理单元中，中央处理单元经过处理，得到矩形脉冲串的中心位置，中央处理单元将此位置作为与之对应的线阵CCD在此时的相对位置，并将此相对位置的信息传输到片外存储单元中存储；当下一个矩形脉冲串到来时，同理又可以得到一个该线阵CCD的相对位置并存储之，两者比较，得到该线阵CCD在两个时刻之间的绝对位移。

6.根据权利要求5所述的基于线阵CCD的非接触微小位移测量方法，还包括以下步骤：片外存储单元存储的一定时间的所有位置数据后，通过RS485总线传输到计算机控制模块，实现数据的后处理。