CN105115431A

CN105115431A - 一种新型ccd激光位移传感器纸页厚度计

Info

Publication number: CN105115431A
Application number: CN201510291776.8A
Authority: CN
Inventors: 丁厚本; 丁莉
Original assignee: Mianyang Dongfu High-Tech Co Ltd
Current assignee: Mianyang Dongfu High-Tech Co Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2015-12-02

Abstract

本发明公开了一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计,包括激光光强调节电路、激光器驱动器、半导体激光器、会聚透镜、被测物、接收成像透镜、电荷耦合器件、视频信号预处理电路、可编程逻辑器件、模拟—数字转换电路、数字信号处理器、电源、带触摸屏的LCD显示器、I/0接口和外部存储器；它利用激光三角法原理，测量精度高达微米级，该系统是在线动态检测的，非放射性的、非接触式可靠性高的无线检测技术，体积小、功耗小。整体设计新颖，实用性强，易于推广使用。

Description

一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计

技术领域

本发明涉及工业无损检测应用技术领域，尤其是一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计。

背景技术

在纸张的生产过程中，纸页的厚度是保证纸产品质量的重要指标，也是纸机生产自动控制过程中必不可少的重要参数，因此发展精确、快速、可靠的在线检测技术是现代造纸工业的紧迫需求。国内外研制了多种非接触式在线检测技术及仪器，例如：除目前普遍使用的放射性测量技术（如β射线、γ射线、x射线）——射线测厚仪之外，有高频涡流测厚仪，电容式纸张厚度测试仪，电感式测厚计，红外纸张厚度计，复合气——电位移传感器测厚仪，空气耦合超声测厚仪等，上述这些方法受到纸张灰分、水分、密度和环境条件等影响，使检测值不稳定，降低了检测精度。即使出现一些新型的检测技术和仪器，也存在各种不同的限制，例如新型双路光电测量方法，对基准辊的要求高；2009年福伊特LSCQuantumSens传感器，工作分辨力约为0.1um，但是激光二极管可以达到的精度则因为相干光导致的干涉效应而受到限制；甚至在20世纪90年代之后，国内外有人提出使用太赫兹（THz）时域光谱技术同时测量纸张的厚度和组成，但是现有的THz波产生和检测装置结构复杂，体积较大且价格昂贵，因此THz波产生和接收装置是有待解决的问题。

发明内容

现有技术难以满足人们的需要，为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计。

为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计,包括激光光强调节电路、激光器驱动器、半导体激光器、会聚透镜、被测物、接收成像透镜、电荷耦合器件、视频信号预处理电路、可编程逻辑器件、模拟—数字转换电路、数字信号处理器、电源、带触摸屏LCD显示器、I/0接口和外部存储器；所述电荷耦合器件、视频信号预处理电路和可编程逻辑器件连接后连接模拟—数字转换电路；所述视频信号预处理电路还与模拟—数字转换电路连接；所述模拟—数字转换电路与数字信号处理器连接；所述带触摸屏LCD显示器、I/0接口和外部存储器连接数字信号处理器；所述数字信号处理器外接电源。

进一步，所述使用激光位移传感器，其激光光强具有自适应功能。

进一步，采用高速数据采集与实时处理的电子学系统，利用32位的数字信号处理器DSP，可以不用上位机，满足在线动态检测的要求。

电荷耦合器件图像传感器CCD具有高精度、高灵敏度等特点，能够实现在线动态检测和非接触测量，尤其是对微小厚度变化量的检测具有很强的优势。在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输、体积小、质量小、功耗小、工作电压低等方面是其他光电器件无法比拟的。线阵CCD常选用TCD1209D或TCD1703C。激光器在CCD位移传感器系统中作为光源，主要需要考虑发光强度、波长、准直性、稳定性以及尺寸大小。

本方案选择固体激光器中的激光二极管，例如选择波长为可见波长（λ=650nm）激光二极管。

光学系统的设计，是根据一定的工作距离，测量距离，较小的畸变像差，按合适的成像倍数设计的。

选取A/D转换器主要需要考虑分辨力、准确度、速度、电源要求、接口及转换器的类型等，采样速率主要取决于信号带宽，即大于CCD工作频率，例如选择AD9225或TLC5540或TLC5510。

选取CPLD，主要用于产生AID转换器时钟信号和清零信号，产生乒乓存储的地址和片选信号，还可用作总线控制器，例如EPF10K10（144）；选取FPGA主要用于把所有的逻辑控制电路、各种存储器/寄存器的地址译码电路集中在一起，以便有效减小硬件的体积，提高硬件系统的可靠性，例如XC3090或EP2CST144C8N或IDT72240；

采用DSP，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、精确、抗干扰能力强及可靠性高等优点，用DSP作为下位机，许多情况下可以不用上位机，仍可进行二维与多维处理。例如TMS320C6748或TMS320VC33或TMS320CS410。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该新型CCD激光位移传感器纸页厚度计，利用激光三角法原理，测量精度达高达微米级，该系统是在线动态检测的，非放射性的、非接触式可靠性高的无线检测技术，体积小、功耗小。整体设计新颖，实用性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的CCD激光三角法测厚度原理示意图。

图2为本发明的系统硬件工作原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅说明书附图1~2，本发明实施例中，一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计,包括激光光强调节电路1、激光器驱动器2、半导体激光器3、会聚透镜4、被测物5、接收成像透镜6、电荷耦合器件7、视频信号预处理电路8、可编程逻辑器件9、模拟—数字转换电路10、数字信号处理器11、电源12、带触摸屏LCD显示器13、I/0接口14和外部存储器15；所述激光光强调节电路1、激光器驱动器2和半导体激光器3会聚透镜4；所述被测物5和接收成像透镜6对准；所述电荷耦合器件7、视频信号预处理电路8和可编程逻辑器件9连接后连接模拟—数字转换电路10；所述视频信号预处理电路8还与模拟—数字转换电路10连接；所述模拟—数字转换电路10与数字信号处理器11连接；所述带触摸屏LCD显示器13、I/0接口14和外部存储器15连接数字信号处理器11；所述数字信号处理器11外接电源12。

本发明的作用原理为：系统使用DSP11进行激光光强调节电路1自适应调节后，激光器驱动器2驱动半导体激光器3发出激光，激光经过会聚透镜4以入射角β入射到被测物体5表面A上并发生反射，调整接收透镜6，使入射角以与接收透镜6平行且与接收透镜光轴垂直，适当调整距离，那么由接收透镜6把A点成像在CCD7像敏面上0处，若物体5厚度变化为d，则入射光射到表面A’点，接收透镜6根据透镜成像原理将其成像于CCD7上的O’点偏离点的位移位x,由相似三角形的关系可以推出；

由此可见，被测物体5的厚度变化量与像点在CCD上的偏移量x成正比，只要测出即可实现时物体厚度及微小位移变化的测量。

如图2、CCD传感器7接收激光产生视频信号，进入视频信号预处理电路8，由CPLD9控制AID转换器10高速采集数据，再送入DSP11进行进行实时处理，测量结果由带触摸屏的LCD13显示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计,包括激光光强调节电路、激光器驱动器、半导体激光器、会聚透镜、被测物、接收成像透镜、电荷耦合器件、视频信号预处理电路、可编程逻辑器件、模拟—数字转换电路、数字信号处理器、电源、带触摸屏的LCD显示器、I/0接口和外部存储器；所述电荷耦合器件、视频信号预处理电路和可编程逻辑器件连接后连接模拟—数字转换电路；所述视频信号预处理电路还与模拟—数字转换电路连接；所述模拟—数字转换电路与数字信号处理器连接；所述LCD显示节能模屏、I/0接口和外部存储器连接数字信号处理器；所述数字信号处理器外接电源。

2.根据权利要求1所述的一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计，其特征是：所述使用激光位移传感器，其激光光强具有自适应功能。

3.根据权利要求1所述的一种新型CCD激光位移传感器纸页厚度计，其特征是：采用高速数据采集与实时处理的电子学系统，利用32位的数字信号处理器DSP，可以不用上位机，满足在线动态检测的要求。