摘 要：介紹了一種非接觸測量物體位移的傳感器；并對其中圖像變換、A/D轉換、后期數據處理和現場總線技術這幾項關鍵步驟進行了闡述；經驗證，該本方案具有穩定、可靠、精度高以及性價比高的特點。 關鍵詞： 圖像變換；A/D轉換；圖像處理；CAN總線 在一些自動控制場合，常常遇到需要實時、準確的測量一些缺口、間隙的寬度，以進行閉環自動控制。但是，通用的圖像處理方案存在著方法復雜、成本高、處理數據量大的缺點，現在根據工業現場的特殊需要，找到了一種穩定、可靠、精度高、成本低的解決方案。 系統的結構及工作原理 圖1給出了測試系統的原理框圖。 a.圖像采集 目前，各種成像系統一般采用的是CCD圖像傳感器技術，它具有讀取噪聲低、動態范圍大、響應靈敏度高等優點，然而以CCD技術為基礎的圖像傳感器具有體積大、功耗高等缺點，難以實現單片一體化。隨著CMOS工藝技術的發展，CMOS圖像傳感器的高度集成化減小了系統的復雜性，降低了制造成本，對獲得的圖像信息讀出和處理變得簡單而快捷，同時具有體積小、重量輕、功耗低和成本低等優點。 采用CMOS圖像傳感器開發出來的微型攝像頭可以輸出PAL制黑白圖像全電視信號，作為計算機采集系統的輸入部件。微型攝像頭最突出的優點是對人眼不可見的紅外光特別敏感，光譜敏感范圍在近紅外光波段比對可見光的靈敏度高出5～6倍。在要求不間斷監測的場合，有必要在攝像頭周圍配以適當的紅外照明光源，這樣系統具有非常好的環境適應能力。 一個完整的圖像采集裝置（見圖2）一般由攝像頭（1）和紅外光源（2）組成，攝像頭（1）裝于支架（3）的殼體（4）內，殼體（4）的前端蓋（5）有孔（6）與攝像頭（1）的鏡頭（7）配合，端蓋（5）沿孔（6）周圍裝有若干紅外光源（2），攝像頭（1）有輸出端口，用于連接后續的計算機圖像處理裝置。紅外光源（2）裝于端蓋（5）的孔（8）內，鏡頭（7）距端面距離H為6～10mm。安裝支架（3）為探頭提供了方便準確的現場裝配結構。一般來講，工業現場的缺口環境很差，直接測量缺口的狀態是比較難的，對于測量范圍只有幾個毫米的缺口區域，形成的圖像必然模糊不清，在這種情況下采用的方法是在缺口旁邊的表示桿側面貼上一塊標尺，在標尺的前面固定安裝本套采集裝置，就可以得到反映缺口狀態的圖像信號。 b. 非接觸位移檢測 在該方案中我們采用的是微型黑白CMOS攝像頭。攝像頭輸出的是標準信號，每秒30幀圖像，每幀圖像有350行。 若鏡頭的視場寬度有45mm，為了保證0.2mm的測量精度，即每行250個點（0.4％的分辨率），為了準確判定間隙的邊界，每行采樣500個點，則采樣頻率為： ——- f＝30 350 500＝5.25（MHz） 還有很多類似的方案，它們的共同特點都是前端ADC采樣，后端用高速、高性能CPU進行處理，對ADC和CPU的速度要求很高。 對于非接觸檢測物體位移的項目中，實際需要測量的是間隙信號的寬度。將視頻信號處理，分離出幀同步、行同步信號和行圖像信號。讓間隙的行圖像信號與高頻時鐘脈沖相與，就得到一個合成信號。合成信號所包含的高頻時鐘信號脈沖數與間隙的寬度成正比，進而可以通過計算高頻信號周期個數來測量間隙的寬度。其原理如圖4所示。將間隙的圖像模擬信號與高頻周期信號相與，通過計算合成信號中的高頻信號周期個數來測量間隙寬度。后端用MCU進行數據處理。 高頻振蕩信號的溫度漂移問題，按照振蕩時鐘信號和溫度之間固有的函數關系，來對數據進行補償是傳感器發展的趨勢，CAN總線具有發送速率高、數據效率高、實時性高的特點。我們用MCP2510實現了傳感器通過CAN總線通信。 系統軟件流程圖 見圖5和圖6 在某工程檢測裝置中，用這一傳感器實現標尺的間隙位移的非接觸測量。經現場測試，傳感器的非接觸測量范圍為0～45mm，最大誤差小于0.2mm，響應時間小于70ms，而傳感器的成本只需幾百元