一种分布式微小位移测量系统的研制.pdf

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1、一种分布式微小位移测量系统的研制李海涛,等StudyandDevelopmentoftheDistributedMicro—displacementMeasurementSystem李冶满阮林澶回张∞晓霞骠住光(强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,陕西西安710024;西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:为了精确测量微小位移,提出了一种分布式微小位移精确测量系统。该系统基于线阵CCD,采用FPGA和网络通信技术实现。通过FPGA设计逻辑时序,实现了线阵CCD的高速驱动;通过网络通信技术,实现了数据的远距离传输和支持多站能力

2、。一维微小形变的测试结果表明,该系统可以支持32个线阵CCD测试节点,CCD数据传输率达到了5000帧/s,节点数据传输距离大于1000m,测量精度达到100txm。关键词:微小位移测量线阵CCDFPGA数据采集网络通信RS.485中图分类号:TP273文献标志码:AAbstract:Inordertomeasuremicro-displacementaccurately。thedistributedmicro—displacementmeasurementsystemwithhighprecisionisproposed.Thesys

3、temisbasedonlinearCCDandimplementedbyusingFPGAandnetworkcommunicationtechnologies.ThelogictimesequenceisdesignedthroughFPGAtOrealizehighspeeddrivingofthelinearCCD。andthelongdistancedatatransmissionandthecapabilityifsupportingmultiplestationsaleimplementedbynetworkcommuni

4、cationtechnology.Thesystemhasbeenusedinonedimensionalmicro—deformationtest。andsupports32linearCCDtestnodes.ThedatatransmissionrateofCCDreaches5000framespersecond,thetransmissiondistanceofnodedataisgreaterthan1000mlandthemeasurementaccuracyisupto100“m.Keywords:Micro-displ

5、acementmeasurementLinearCCDFieldprogrammablegatearray(FPGA)DataacquisitionNetworkcommanicationRS.4850引言微小位移精确测量在工程、材料、精密机械等领域有着重要的应用。微小位移测量技术可以分为两大类:一是电学测量技术;二是光学测量技术⋯。电学测量技术主要通过测量位移引起的各种电效应,从而获得位移信息的参数;光学测量技术主要分为衍射法、干涉法和光电传感器测量等。目前,微小位移测量主要采用光学方法,其中衍射法和干涉法测量精度高,可以达到纳米级[

6、2],但是价格昂贵、结构复杂。相对而言,光电传感器方法价格便宜、结构简单,其测量精度主要取决于传感器的灵敏度,灵敏度一般为微米级∞]。本文提出了一种基于几何光学原理的测量方法。该方法可以在低成本下实现基于线阵电荷耦合器件(chargecoupledevice,CCD)的微小位移精确测量。线阵CCD把光信号转换为模拟电信号,通过初级信号调理、数据采集、存储等实现数字化处理;采用RS.485总线进行多点通信和远距离传输;最后通过USB2.0接口实现与计算机的通信。并利用统计算法对输出进行修改稿收到日期:2013—05—13。第一作者李海涛(

7、1986一),男,2012年毕业于西北核技术研究所核电子学专业。获硕士学位,助理工程师;主要从事数据采集方面的研宄。分析和判定.实现了对数据的实时处理。1系统原理及结构微小位移测量系统由水平线激光源、线阵CCD单元、数据处理单元、网络通信单元和Pc机等组成。系统总体结构如图1所示。图1系统总体结构Fig.1Overallstructureofthesystem水平线激光源发出一字线激光,照射到各个线阵CCD单元:线阵CCD感应一字线激光并输出相应信号。当出现待测量的微小位移时,线阵CCD的输出信号会相应变化,输出信号进入数据采集单元:数

8、据处理单元对信号进行数字化处理,得到微小位移信息,并通过网络通信单元将位移信息传输到计算机。PC控制程序用于设定系统参数、接收并处理数字信号等。74PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTAT

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