[发明专利]基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置及方法，一种实时监测待测量装置微小位移或者形变量的装置及方法，尤其涉及该测量装置的数据采集系统和通道扩展技术。

背景技术

位移和形变量的测量在表面测量、材料测量、精密机械测量等众多应用领域起着越来越重要的作用。测量位移或者形变量，可以采用接触式测量法和非接触式测量法。传统的接触式测量方法有很多局限性，很难实现对微小位移量的高精度检测；非接触式的测量方法，具有装置结构简单、速度快、测量精度高、应用方便灵活等特点，目前应用广泛。

现有的非接触式位移测量装置大多数运用三角形的一些原理，使用激光定位来获取位移量的信息，而且只能支持单点的测量，数据也不便于远距离传输。如申请号为200820151430的专利申请“CCD激光三角位移传感器”，利用的是三角形的原理实现了对单点的位移测量。

现在的非接触式位移测量装置中模数转换、数据采集大多使用ADC芯片和专用数据采集电路，数据传输使用RS232总线，整个测量装置不便于扩展，数据不能进行远距离传输，如申请号为“200710092425”的专利申请“用于高速位移测量的CCD数据采集与处理装置”，利用的就是上述电路。

发明内容

本发明的目的是提供一个实时测量并显示，最大支持256个节点，可以设置测量参数，数据可以远距离传输，基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置及方法，其解决了现有方法和装置的不便于扩展、不支持多站、测量数据不能进行远距离传输等技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置，其特殊之处是：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。

上述测量装置还包括设置在线阵CCD前的滤光片。

上述数字电位器为256抽头的数字电位器。

上述协议转换模块包括RS485协议转换芯片和微控制器；上述RS485协议转换芯片实现RS485和RS232协议之间的转换；上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；上述通信模块包括传输电缆和USB协议转换芯片，上述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。

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；