一种基于线阵CCD的非接触微小位移测量装置及方法，水平线激光器发出的激光照射在线阵CCD上，感光像元在驱动脉冲作用下输出信号，当输出信号超过设定的本底阈值电压时，阈值比较器输出矩形脉冲串，不同时刻的矩形脉冲串处理后分别得到矩形脉冲串的中心位置，从而得到该线阵CCD在不同时刻之间的绝对位移。本发明专利技术阈值调节器的输出矩形脉冲信号的个数取决于阈值电压与线阵CCD输出信号电压的比较结果；中央处理单元主要关注阈值调节器输出的矩形脉冲信号的个数；所以本发明专利技术便于程控调节，精度高，噪声小，可以保存数字电位器输出的最佳工作点的数据，为在不同环境中调节数字电位器的输出提供了数据支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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“(XD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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术解决方案是—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CXD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CXD上，线阵CXD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。上述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。本专利技术所具有的优点1、本专利技术水平线激光器发出的激光照射在线阵CCD上，感光像元在驱动脉冲作用下输出信号，当输出信号超过设定的本底阈值电压时，阈值比较器输出矩形脉冲串，不同时刻的矩形脉冲串处理后分别得到矩形脉冲串的中心位置，从而得到该线阵CCD在不同时刻之间的绝对位移。本专利技术采用了阈值调节，阈值调节器的输出矩形脉冲信号的个数取决于阈值调节器的阈值电压与线阵CCD输出信号电压的比较结果；中央处理单元中主要关注的是阈值调节输出的矩形脉冲串中矩形脉冲信号的个数；所以装置阈值便于程控调节，精度高，噪声小，可以保存数字电位器输出的最佳工作点的数据，为在不同环境中调节数字电位器的输出提供了数据支持；2、本专利技术在数据的传输上采用了 RS485总线接口技术，RS485总线接口技术具有支持多站的能力、数据传输距离远、传输速率快等优点，在使用中可以支持256个节点，数据传输距离为1. 2km ；3、本专利技术在数据采集卡上采用了现场可编程门阵列FPGA作为核心元件，使得装置可以在线编程，易于扩展应用；4、本专利技术在数据存储上使用大容量的片外存储设备，可以存储64k*16bits数据， 使用微控制器来控制数据的读写以及不同线阵CCD之间的时序，简化了控制；5、本专利技术具有方便的计算机控制软件，友好的人机交互界面，使用者在远离实验现场的后方，可以通过计算机方便地完成控制、显示和记录等功能，通过软件可以设置装置的采样参数，实时显示和模拟振动；6、由于现有非接触式位移测量装置结构复杂、高成本、不易于调试和扩展，本专利技术采用普通电路实现对位移的精确测量，有效降低了实验成本；7、本专利技术解决了位移测量装置中不支持多站、数据不能远距离传输、不便于扩展等问题，具有友好的控制界面，可以实时地、精确完成位移和形变量的精确测量。8、本专利技术支持256个节点，采样率最高5000次/秒，记录时间最大为10秒，有三种触发方式可供选择，分别为自动触发、手动触发和外部触发，数据的传输距离大于1. 2km, 后端记录控制设备在接受到数据采集卡输出的信息后，可以进行波形数据的显示和三维振动模拟。经过对比实验，装置的测量精度达到0. 1mm。附图说明图1是本专利技术原理图；图2是本专利技术的数据采集卡的原理图；图3是本专利技术的阈值调节的原理图；图4是本专利技术的协议转换模块的原理图；图5为计算机控制软件的流程图。具体实施例方式一种用于测量位移和形变量的装置，包括用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：阮林波，李海涛，田耕，渠红光，王晶，霍宏发，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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