CCD应用技术指导III1Word下载.docx
- 文档编号:21093621
- 上传时间:2023-01-27
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:308.96KB
CCD应用技术指导III1Word下载.docx
《CCD应用技术指导III1Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《CCD应用技术指导III1Word下载.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
必须焊接时,一定要将烙铁电源插头拔下来,利用烙铁的余热焊接,或者将CCD芯片拔下来后再焊接。
3、在加有电压的情况下,千万不要插拔CCD芯片。
4、在实验的过程中若遇到意外故障,应先关闭电源,并如实向指导教师反映出现故障的情况,待故障排除后方可继续实验。
5、电压调整好后,不要再私自调整,否则一切后果自负。
四、试验仪面板示意图及TCD2252D的基本工作原理
图1-1CCD多功能实验仪-III面板示意图
TCD2252D的外形和管脚分布如图1-2所示,管脚定义如表1-1所示。
TCD2252D的基本工作原理如图1-3所示,时序图如图1-4所示。
图1-2TCD2252D的外形和管脚分布
表1-1TCD2252D的管脚定义
管脚号
符号
功能描述
1
OS2
信号输出(蓝)
12
SS
地
2
OS3
信号输出(红)
13
Ø
1A1
时钟1(第一相)
3
地
14
SH1
转移栅1
4
NC
未连接
15
2A1
时钟1(第二相)
5
复位栅
16
VDD
电源(数字)
6
2B
末级时钟(第二相)
17
1B
末级时钟(第一相)
7
18
钳位栅
8
2A2
时钟2(第二相)
19
采样保持栅
9
SH3
转移栅3
20
OD
电源(模拟)
10
1A2
时钟2(第一相)
21
11
SH2
转移栅2
22
OS1
信号输出(绿)
图1-3TCD2252D的电路原理图
图1-4TCD2252D的工作时序图
五、实验内容及步骤
注意:
使用示波器检测信号时,示波器与CCD多功能实验仪-III应共地。
1、打开CCD多功能实验仪-III的电源开关,观察积分时间显示窗口和驱动频率显示窗口的显示数据,并用积分时间设置按钮调整积分时间为1档(按红色按钮为加,绿色按钮为减),用频率设置按钮调整频率为0档。
然后打开示波器的电源开关,用双线示波器检查CCD驱动器的各路脉冲波形是否正确(请参考时序图)。
如符合,则继续进行以下实验;
否则,应请指导教师进行检查。
2、驱动频率和积分时间的测量:
(1)打开示波器电源开关,将Y1和Y2的扫描线调至适当位置,将示波器同步选择器开关调至Y1位置(用Y1作同步信号)。
(2)将CCD多功能实验仪-III的电源接好,打开电源开关。
(3)用Y1探头测试转移脉冲ΦSH,并调节使之同步,使ΦSH脉宽适当以便于观测。
(4)用探头Y2分别测试Φ1、Φ2等信号。
观察各信号的相位是否符合图1-4所示的波形(特别要注意各信号之间的相位关系)。
(5)用探头Y1测试Φ1并使之同步。
用Y2分别测试Φ2、ΦR等信号。
看其是否符合图1-4所示的波形(尤其是幅度是否满足TCD2252D驱动的要求,一般要满足
0.3~4.5V)。
(6)驱动频率的测量:
分别测出Φ1、Φ2、ΦR的周期、频率、幅度,填入表1-2中。
改变频率选择开关,再测出Φ1、Φ2、ΦR的周期、频率、幅度,也填入表1-2中。
表1-2
驱动频率
项目
Φ1
Φ2
ΦR
0档
周期(ms)
频率(Hz)
幅度(V)
1档
2档
3档
(7)积分时间的测量:
做完以上实验后,将频率设为0(档),积分时间设为1(档),用Y1观测SH脉冲周期,并将ΦSH的周期(即积分时间),填入表1-3中。
改变积分时间的档位,分别测出不同档位下的积分时间。
再改变驱动频率,测出不同档位的积分时间,填入表1-3中。
表1-3
驱动频率0档
驱动频率1档
驱动频率2档
驱动频率3档
积分时间(档)
SH周期(ms)
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
注意:
CCD多功能实验仪-III上所显示的积分时间大于16的数字无效。
3、视频输出信号U0的测量:
打开实验仪的电源开关,用Y1探头测量ΦSH并使之同步,用Y2测量CCD输出信号U0,观测ΦSH与U0的关系;
将Y1换置到ΦC,观测ΦC与U0的关系,并讨论两种情况的区别。
4、关机结束
A、关闭多功能实验仪的电源。
B、关闭示波器电源。
5、写出实验总结报告,注意说明TCD2252D的基本工作原理,ΦR的作用,输出信号与Φ1或Φ2周期的关系。
实验二CCD特性的测试实验
通过对典型线阵CCD(TCD2252D)在不同驱动频率和不同积分时间情况下输出信号的测量,进一步掌握CCD的有关特性,掌握积分时间的意义,以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。
1、双踪同步示波器。
2、CCD多功能实验仪-III(基本配置)。
三、实验内容及步骤
1、打开示波器电源,将示波器的地线与CCD多功能实验仪-III的地线接好。
2、打开CCD多功能实验仪-III的电源,将积分时间设置在1档,驱动频率设置在0档,触动实验仪前方左侧的红色按钮使之变亮。
3、Y1测量ΦSH,并以ΦSH同步示波器,用Y2测量CCD的输出信号U0,用不透光或半透光的物体遮挡CCD入射窗口,改变CCD像敏面的照度,观测视频输出信号U0的波形变化,测出它的最大输出幅度U0m,再将其输出信号的幅度调整到小于二分之一U0m(通过调整CCD像敏面的照度来调整)。
4、驱动频率设置为1档,观测其输出信号U0的幅度变化,再将其输出信号的幅度调整到小于二分之一U0m。
5、将积分时间设置为2档,观测其输出信号U0的幅度变化。
6、在积分时间档位不变的情况下,改变驱动频率,积分时间也随之变化,输出信号U0的幅度也随之变化。
在驱动频率不变的情况下,改变积分时间的档位,积分时间也随之变化,输出信号U0的幅度也随之变化。
7、分析上述现象,说明积分时间与输出信号的变化关系。
8、关机结束
(1)关闭多功能实验仪-III的电源。
(2)关闭示波器电源。
写出实验总结报告,注意说明TCD2252D的基本工作原理,说明CCD输出信号U0与驱动频率、积分时间的关系。
实验三线阵CCD输出信号的二值化处理
通过该实验,进一步掌握CCD的基本特性,了解运用CCD进行物体位置测量的方法。
二、硬件二值化原理
CCD输出的信号中涵盖了线阵CCD各像元的照度分布EX和像元位置信号,这在物体位置(物体边缘信号位置)检测中显得十分重要。
图3-1
在如图3-1所示的情况下,当物体A下落进入视场时,在CCD的像面上形成照度的强对比分布,CCD输出信号的波形如图3-2所示。
而且,随着物体的下落,输出信号的变化边沿继续向右移动,这样,CCD就可以检测到物体下落的瞬时位置和下落时的速度。
而要想以数字方式描述物体下落的瞬时位置和速度,可以采用二值化的方法方便的将物体边界检测并描述出来,例如采用如图3-3所示的阈值法检测电路。
在该电路中,电压比较器的+输入端接CCD驱动器输出的信号U0,而其另一端接电位可调整的电位器上,这样,便构成了可调阈值电平的固定阈值二值化电路。
将CCD输出信号U0送到如图3-4所示的二值化数据采集电路中,便可以得到物体边沿的二值化
数据,并通过数码管显示出来。
三、实验所用仪器设备
1、计算机(带ISA总线)。
3、AD103GH-AT数据采集卡。
四、实验内容与步骤
注:
本实验采用软件二值化方法
1、在计算机电源关闭的情况下,将AD103GH-AT数据采集卡插到计算机ISA总线上,用专用连接线连接好CCD多功能实验仪-III和AD103GH-AT数据采集卡。
2、将CCD多功能实验仪-III与计算机电源打开。
3、执行实验仪软件。
进入到二值化窗口。
2、用带黑条的半透明板物体挡住CCD,使CCD输出如图3-2所示的波形图。
最简单的方法是用手作被测物体,用实验仪软件观测CCD的输出信号U0。
观测到如图3-2所示的波形后,输入阈值(大于0,小于4095),最好位于信号值的中间左右。
看到CCD输出信号U0的二值化波形UD,记录二值化边界的数据值,按公式L=Nl0算出物体的边界在CCD像敏面上的位置。
或用ΔL=ΔNl0算出物体的边界在CCD像敏面上的位置变化。
3、写出实验报告,说明实验方法,并讨论适用于二值化测量的领域。
。
实验四线阵CCD的AD数据采集
通过用AD数据采集卡AD103GH-AT对典型线阵CCD(TCD2252D)进行同步数据采集实验,达到如下目的:
1、掌握线阵CCD的AD数据采集卡的基本功能和特性。
2、进一步掌握线阵CCD的积分时间与光照灵敏度的关系。
3、学会利用AD数据采集卡进行有关物理量的测量。
4、学会基本数据采集软件的编写和应用。
二、线阵CCD的AD数据采集原理
线阵CCD的AD数据采集种类和方法很多,这里我们只介绍应用最普遍的一种12位AD数据采集的基本工作原理。
采用AD1672构成的12位AD数据采集线阵CCD(TCD2252D)的原理框图如图4-1所示。
图4-1
图中以AD1672器件为核心,完成12位的AD模数转换,以SRAM628512作为12位数据存储器,它的地址产生器由PLD构成。
计算机软件通过读、写地址及地址译码器对同步控制器发出各种操作命令;
如清零,使地址计数器及内部同步控制器等均处于初始状态,等待CCD驱动器的ΦC脉冲上升沿的到来,ΦC脉冲的上升沿使与CCD像元信号同步的SP采样脉冲通过同步控制器启动AD1672,对当前的输入信号U0进行A/D转换。
A/D转换完成后,AD1672将转换的12位数据送到输出缓冲器时,会产生一个转换完成的信号,将这个信号送入同步控制器中,同步控制器将产生一个写脉冲送入SRAM628512,这时,静态存储器将AD1672缓冲器上的数据写入它当前的地址空间,写入完成后,同步控制器产生一个脉冲,使地址计数器加1;
之后,第二个SP信号到来,同步控制器控制AD1672将线阵CCD的第二个像元信号继续进行A/D转换,在转换完成时产生第二个转换完成信号,并将所转换的数字信号送到存储器当前的地址空间,再将地址计数器加1,……一直存储到2048个像元,对一行信号存储完成后(该数据采集卡AD103GH-AT即设定存储12位数据2K空间),产生标志信号,计算机查询到标志信号后,软件发出读指令,将静态存储器所存的数据读到计算机内存中。
再用适当的显示方式,显示出A/D转换一行的各个像元的数据,或以波形方式显示一行周期内各个像元的数字波形。
三实验所需仪器设备
1.计算机一台(带有ISA总线)。
2.双踪迹同步示波器一台。
3.AD103GH-AT数据采集卡一块。
4.CCD多功能实验仪-III(基本配置)一台。
5.条纹板一个。
6.50mm镜头模块1个
四、实验内容及步骤
1.在计算机电源关闭的情况下,将AD103GH-AT数据采集卡插入计算机的ISA插槽内。
将CCD多功能实验仪-III用电缆线与AD103GH-AT数据采集卡的插头接好,将镜头的光圈关闭或将镜头盖盖好。
打开计算机。
2.将实验仪软件装入计算机。
3.运行TESTER.EXE文件,即进入CCD实验仪的软件界面,用鼠标单击“采集”图标,即开始数据采集。
4.根据需要,可将当前数据存成数据文件,可用Windows系统自带的记事本打开该文件。
也可用实验仪软件打开该文件。
5.在运行实验仪软件时,改变驱动频率、积分时间和镜头光圈,观察CCD输出信号的变化规律。
五、写出实验报告,总结规律
实验五线阵CCD用于物体外径尺寸测量
一、尺寸测量的原理
图5-1
图5-1为物体外径尺寸测量系统的光学系统原理图。
由照明灯的灯丝经远心照明光学系统(L1和L2)形成远心照明光束,远心照明光束均匀照射被测物体AB,经成像物镜(L)成像在CCD像敏面上,即A’B’。
由于被测物体的成像面上的光的照度不同,CCD像敏面上的照度分布也就不同,因此CCD中包含有被测物体的外径尺寸信号,CCD输出信号U0的波形如图5-2所示。
如何从CCD输出信号U0中检取被测物体的尺寸信号是CCD尺寸测量的关键。
从CCD输出信号U0中检取被测物体尺寸信号的方法很多,例如固定阈值二值化方法、浮动阈值二值化方法、微分法和AD数据采集软件检取法等。
本实验采样12位AD数据采集计算机软件检取被测物体外径尺寸的方法。
通过计算机软件检取被测物体外径尺寸的方法也很多,可以采用固定阈值的方法,即比较输出信号U0的值是否大于(或小于)某一值,产生NA像元的位置数,而在另一个边界产生NB像元的位置数,考虑到成像物镜的光学放大倍率,被测物体的直径应为:
D=(NB-NA)*l0/β
其中l0为所用CCD的像元中心距、β为光学系统放大倍律。
二、实验目的
通过本实验,使学生掌握用线阵CCD测量物体外径尺寸的基本工作原理,理解基本公式,并从实验中分析出影响测量范围、测量精度的主要因素,掌握用计算机软件进行二值化处理数据的方法,从而实现检取物体外径尺寸的目的。
1、计算机一台(带有ISA总线)。
2、CCD数据采集卡一块(AD103GH-AT)。
3、双踪迹示波器一台。
4、CCD多功能实验仪-III一台。
5、配件(50mm镜头模块、光源、测径台)1套
5、卡尺或千分尺一把。
6、被测钻头1~3支。
四实验内容及步骤
1、将AD103GH-AT数据采集卡插入计算机的ISA总线插槽,并将其与CCD多功能实验仪-III用专用线连接好,打开计算机和实验仪的电源开关。
2、用示波器观测CCD多功能实验仪-III上预留的驱动器工作脉冲和输出信号脉冲的波形是否符合实验一、实验二的要求。
观测CCD输出信号U0,是否输出幅度太低,或是已进入饱和状态。
正常的输出信号U0应处于接近饱和的状态(此步骤不用示波器观测,而直接运行数据采集软件通过显示器直接观测U0信号)。
3、先用卡尺测出被测物体的直径值,然后将其放到测径仪的被测物体支撑架上。
4、执行实验仪软件TESTER.EXE,按计算机界面上的提示进行操作。
(1)首先设定基本参量:
设置阈值,如设置成2000等;
设置光学放大倍率β,β的设置要根据光学系统的物像关系来定(缺省值为1)。
(2)进入测量:
显示屏显示出所测的CCD输出信号曲线,阈值电平直线,并以数字形式显示NA与NB的值,计算出被测物体的外径尺寸。
根据所显示的波形曲线,适当地调整前面所设定的参数,使波形曲线和阈值电平线适当,并使测量值接近卡尺或千分尺所测量的值。
(3)进行多次平均测量:
界面提示多次平均测量的选项,选中后按回车键,输入你所要进行的多次测量的次数,便可以计算10次以内的多次测量的平均值。
通过测量结果,分析仪器的稳定性和测量精度。
(4)分别单独改变二值化阈值电平和设置的光学系统放大倍率,观测测量结果的变化,分析这些因素对这种测量方式的测量精度和测量稳定性的影响。
五、实验结果分析
将所设定的参数和测量结果列入表中(自己作),分析测量结果与各种参数之间的关系。
六、试编写物体外径测量的软件(自选)
这一项是为有条件的同学提出的要求。
在软件编写过程中,利用编程语言调用数据文件,以选取最大斜率的方式(软件微分方法)找到二值化电平值,用此电平值做二值化数据采集,计算出被测物体的外径值,并将其测量结果与上述软件得到的结果相比较。
七、写出实验报告。
实验六用线阵CCD检测物体的振动
用线阵CCD检测物体的振动,即检测物体振动的振幅、相位和频率。
通过这一实验进一步掌握CCD的特性,掌握它的积分特性和信号输出特性,扩展CCD应用技术的广度。
二、实验原理
用线阵CCD检测物体的振动的原理方框图如图6-1所示。
为了测量方便,常在被测物体上涂上黑白分明的标志,用直流光源照明被测物体上的标志,并将其通过成像物镜成像在CCD光敏面上,CCD在驱动器的作用下将被测物体上的标志信号输出,经数据采集接口送给计算机内存。
图6-1
当物体的振动频率远远小于线阵CCD的行频时(通常要求F物≤F行/10),在物体振动的一个周期内,CCD至少采集出10个点的振动状况;
在测量时,常取物体振动的N个周期的数据,并将这些数据通过相应的软件计算出物体像方的振动幅度、频率和相位,此时要注意由于采用了成像物镜,计算物体的振幅时要考虑物镜的光学放大倍率β,即M物=M像/β。
物体的振动频率和像的振动频率相同,而初相位则恰好是反相的。
在用线阵CCD测量物体振动时,常采用二值化数据采集计算机接口电路(或卡),这是因为二值化数据采集卡采集行,所采的数据量少、速度快,数据处理简单。
二值化数据采集计算机接口卡的工作原理方框图如图6-2所示。
其工作波形如图6-3所示。
在一个行周期中,线阵CCD输出的信号如图6-3中的U0所示,其二值化后输出的信号如图6-3中的UD和UDF所示;
显然,UDF为UD的反相。
如果图6-2中的锁存器为上升沿锁存的,那么,UD的上升沿对应于视频信号的前沿,而UDF的上升沿对应于视频信号的后沿,于是用UD作前沿检取信号,用UDF作后沿检取信号,分别对应锁存器2锁存前沿N1值和锁存后沿N2的值。
将锁存器1、锁存器2的数据挂到计算机的数据总线接口上,并在一个行周期的末端将锁存器所存的数据N1和N2值分别送到计算机内存中。
并在下一个周期开始时,启动计算机软件,算出一行的光斑中心位置数N0,N0=(N1+N2)/2,将N0送到事先准备好的地址单元中去,并将该地址单元的地址加1,再去接收下一个行送来的数据……一直送到M行(M值可由软件输入),M可根据测量物体振动的问题设置,M值越大,所测得的振动波数越多。
图6-2图6-3
将M行数据存储完毕后用绘图软件将所存的M个中心点位置的数据在以时间为横坐标的坐标轴上标出,便可得到被测物体的振动曲线,由振动波形曲线很容易算出被测物体振动的幅度、周期、频率和初相位。
1、计算机一台(带ISA总线)。
2、AD103GH-AT数据采集接口卡一块。
3、CCD多功能实验仪-III一台。
4、双踪迹示波器一台。
1、先用双踪迹示波器调整好多功能实验仪,使其处于正常工作状态后,设定实验仪的驱动频率和积分时间,并用示波器准确地测出其行周期(ФC的周期)。
2、将AD103GH-AT数据采集卡插入计算机ISA总线插槽内,注意一定要在关闭计算机的情况下插卡。
3、将AD103GH-AT数据采集卡与CCD多功能实验仪-III用专用线接好,注意要在关闭计算机的情况下连线。
4、打开计算机的电源开关,先进入尺寸测量实验程序,测出实验板的缝宽,2mm或3mm。
5、进入物体振动实验程序。
进入程序后,请按菜单提示要求进行操作,首先设置所要测量的波形的测量点数(或行数)M;
再设置二值化阈值电平Uth之后,用手沿平行于多功能实验仪CCD入射窗的方向摆动实验板窄缝,产生振动的光信号。
然后执行振动测量程序,经过一段时间的采集后,计算机将自动地显示实验板窄缝的振动波形,从波形上可以分析计算出其振幅、频率和初相位。
五实验结果及实验报告
实验完成后,将计算机所测得的数据打印出来,以时间为横坐标,以1048像元值为纵坐标的零点,将测得的每个数据标在这个坐标轴上,便可得到所测得的振动波形,再与计算机画出的波形相比较。
写出这个实验的心得体会。
实验八面阵CCD实验
面阵CCD是当前应用最广泛的CCD器件,它常被用于监控系统、保安、防范、交通指挥、摄录像和数码照相等领域。
面阵CCD常有四种基本类型:
帧转移型、隔列转移型、线转移型和全帧转移型等。
本实验将以应用最为广泛的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- CCD 应用技术 指导 III1