[发明专利]基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，包括依次设置的照明模块(1)、待测光纤预制棒(2)、光学成像模块(3)、图像传感器(4)、信号放大模块(5)、A/D转换模块(6)、FPGA(7)、网络微处理器(8)以及数据传输模块；其中待测光纤预制棒(2)、光学成像模块(3)、图像传感器(4)的中心位于同一水平线上，待测光纤预制棒(2)的轴向沿竖直方向且与光学成像模块(3)的光轴垂直；

在光纤预制棒制造过程中，所述照明模块(1)为待测光纤预制棒(2)提供照明，以使待测光纤预制棒(2)经光学成像模块(3)成像于图像传感器(4)，FPGA(7)为信号放大模块(5)、A/D转换模块(6)提供工作时序控制信号，图像传感器(4)采集的模拟图像依次经信号放大模块(5)、A/D转换模块(6)处理后转换为数字信号，FPGA(7)对数字信号进行滤波，并测量待测光纤预制棒(2)的尺寸参数，之后将测量结果存储至FPGA(7)的双口RAM中并传输至网络微处理器(8)，再通过数据传输模块将数据远程传输至上位机。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，所述照明模块(1)采用平行光管。

3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，所述光学成像模块(3)采用会聚透镜。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，所述图像传感器(4)采用线阵CCD。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，所述FPGA(7)采用Xilinx SPARTAN-6系列的XC6SLX9；所述网络微处理器(8)采用以太网嵌入式微处理器W7100；所述A/D转换模块(6)采用AD9826。

6.根据权利要求5所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，所述数据传输模块包括两种数据传输方式：串口通信(9)、以太网通信(10)。

7.根据权利要求6所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量系统，其特征在于，所述待测光纤预制棒(2)的尺寸参数包括：测量待测光纤预制棒(2)棒芯的直径、包层的厚度以及棒芯与包层是否同心。

8.一种基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

在光纤预制棒制造过程中：

步骤1、平行光管照射待测光纤预制棒，经会聚透镜成像于线阵CCD上；

步骤2、线阵CCD采集的模拟图像依次经信号放大模块、A/D转换模块处理后转换为数字信号；其中，FPGA为信号放大模块、A/D转换模块提供工作时序控制信号；

步骤3、FPGA对数字信号进行滤波，并测量待测光纤预制棒的尺寸参数；

步骤4、将步骤3的测量结果存储至FPGA的双口RAM中并传输至网络微处理器，再通过数据传输模块进行远程数据传输。

9.根据权利要求8所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量方法，其特征在于，所述滤波具体为中值滤波。

10.根据权利要求9所述的基于FPGA的非接触式光纤预制棒尺寸实时测量方法，其特征在于，步骤3所述测量待测光纤预制棒的尺寸参数具体为：

平行光管照射待测光纤预制棒成像于线阵CCD，根据待测光纤预制棒的结构，线阵CCD上包括三个像素值：待测光纤预制棒棒芯成像部分的像素值p1、待测光纤预制棒包层成像部分的像素值p2、其余部分的像素值p3；

步骤3-1、根据待测光纤预制棒棒芯成像部分的像素值p1，求取待测光纤预制棒的棒芯直径d₁：

式中，n₁为像素值为p1的像元个数，l为CCD像元的宽度，k为光学成像模块成像倍数，k＜1；

步骤3-2、根据待测光纤预制棒包层成像部分的像素值p2，求取待测光纤预制棒包层的厚度，包括两部分：棒芯一侧包层的厚度d₂、棒芯另一侧包层的厚度d₃：

式中，n₂为所述棒芯一侧像素值为p2的像元个数，n₃为所述棒芯另一侧像素值为p2的像元个数；

步骤3-3、根据d₂、d₃确定待测光纤预制棒的棒芯与包层的是否同心，若d₂＝d₃，则棒芯与包层同心，反之两者不同心。