实验八用线阵ccd测量物体的振动

1、实验八用线阵CCD测量物体的振动实验目的用线阵CCD测量物体的位移及其振动是另一项非常重要的应用领域，测量位移与振动的基本原理和方法在图像传感器应用技术12.7节，光电传感器应用技术13.8节中进行了详细的讲解。实验准备内容学习CCD应用技术中有关振动测量的内容(图像传感器应用技术12.7节与光电传感器应用技术13.8节)。了解用线阵CCD测量物体振动与位移的基本原理和方法，掌握振幅、频率、相位等参数测量的相关因素。实验所需仪器设备LCCDAD-II-A型线阵CCD应用开发实验仪一台；装有VC+软件及相关实验软件的PC计算机或GDS-III型光电综合实验平台一台；用线阵CCD测量物体振动的原理

2、物体振动的测量常需要测量的振动参数为振幅、频率和相位。用线阵CCD测量这些参数的测量原理结构如图1所示。利用安装在光学成像物镜像面上的线阵CCD对振动过程中的物进行成像并其边界信息连续地采样输出，测量电路不断地找出被测物体像的中心在线阵CCD向面上的位置，显然，它是时间的函数，设其为W(t)。如果物体做周期运动，则函数W(t)为周期函数，周期T的倒数为物体振动的频率f;W(t)最大值与最小值之差的一半应该为物体的振动幅度。如何采集物体像在线阵CCD像面上位置的函数W(t)是测量物体振动的关键。线阵CCD在驱动脉冲的作用下周期性地输出每个像元所接收的光强信息，其周期为行同步脉冲Fc的周期，也为线

3、阵CCD的积分时间t.。在同步脉冲Fc的周期内利用二值化数据采集方法或A/D数据采集方法总ing能够测出被测物体像中心在CCD像敏面上的位置，它便是时间的函数W(t)。而Fc的周期或t.为采样的间隔时间，它相当于显示曲线坐标架的横轴刻度，其纵轴坐标应为物体中心.ng的位置值。因此，连续不断地采集物体图像的中心位置便可以获得函数W(t)，测出物体的振动状况。利用LCCDAD-II-A型线阵CCD应用开发实验仪很容易改装成如图2所示模拟物体振动的实验装置，它用直流调速电机驱动偏心轮转动机构，带动被测杆件做左右方向的往复运动，其运动规律为正弦曲线。能够模拟以一定的正弦频率振动物体的运动规律。系统结构

4、由线阵CCD传感器、驱动器、成像物镜、模拟物体振动的被测杆件(目标物)和远心照明光源等部件组成。实验时先将扫描装置的4个螺钉取下，把模拟物体振动的试件拧在测试件上构成如图2所示的实验装置。启动计算机，选中“物体振动实验”软件，执行后弹出如图3所示的测量软件界面，先观察线阵CCD输出信号的波形，看其是否需要调整。选中界面上的“连续”菜单，出现所采集的信号波形，调整积分时间与驱动频率使信号如图中所示则最佳。当启动*。刈定阈值机使装3浮动阉fli弭测量系fflH-lhCJli频率DOWKX周捅|3TO28它在CCD感则结以产生生以準tLM!|计鼻|W（t）=BW/（t）由此可以测得被测物的振幅，并从

5、振动波形曲线可以计算出它的振动频率和相位。5实验内容及步骤实验内容（1）测量被测杆件做正弦运动时的振动状态，画出振动波形图；（2）根据振动波形图计算出它的振动周期、振幅与初相位。实验步骤首先将实验仪的数据端口和计算机或GDS-III型光电综合实验平台的USB端口用专用USB数据线缆连接好，合上实验仪主电源开关；打开计算机电源，待系统完成启动后进入下一步操作；确认已经正确安装实验软件。否则，请首先安装实验软件；将实验仪器的上盖打开，将紧固扫描滚筒的螺钉拧下后取下滚筒，从备件中找到振动测量杆件并将它拧到到振动测量机构上，构成如图2所示振动测量实验装置；执行振动测量软件后，远心照明光源被自动点亮，计

6、算机弹出如图3所示的振动测量软件界面；先点击“曲线”菜单，观察线阵CCD的输出信号，根据输出信号波形判断是否需要调整光学成像物镜和CCD的工作参数，若CCD的输出信号已经是如图3所示那样较好（边沿陡直），就没必要再调整成像物镜的光圈与焦距，如果输出信号的宽度太窄，应该调整成像物镜的光圈使物体在运动过程中不会超出输出信号波形的高电平范围（视场）；如果输出信号的边界不够陡直，要调整成像物镜的调焦环，使边界的变化尽量陡直；然后，设置适当的驱动频率与CCD的积分时间，使输出信号的幅度达到视窗的中间偏上位置，但不能进入饱和区；再设置与调整二值化电平，可以选择浮动二值化的浮动量或直接用固定阈值使阈值电平线

7、（图3中的黄线）处于波形曲线的中间偏上位置；上述调整过程完成后便进入测量成像物镜放大倍率的步骤，按着软件界面提示的内容与步骤一步步地进行操作便计算出光学系统放大倍率。然后再选择“连续”菜单，点击执行；振动波形出来后，在适当时候点击“停止”菜单，将振动测量结果抄录下来，或用“保存”菜单将测量结果数据保存到相应的文件夹内；调整振动频率变化旋钮（实验仪工作台上的旋钮），使电机的转速发生变化，观察界面上波形曲线所反映的振动频率的变化，再点击“停止”菜单，将振动测量结果抄录下来，或用“保存”菜单将测量结果数据保存到相应的文件夹内。测出3组以上数据后便可以结束实验。6结束与关机（1）先退出实验程序，再关闭实验仪的电源；（2）关闭计算机系统；（3）关掉总电源。（4）整理好所有的实验器材与工具。7实验总结（1）写出实验总结报告，分析影响物体振动测量精度的主要因素。（2）在振动测量实验中采用“固定阈值”与“浮动阈值”对振动测量的结果有无影响？用不同的“固定阈值”进行实验，观察测量结果