基于DSP的物體重量實時動態監測的研究

研究了一種利用CCD傳感器對物體重量進行實時動態測量的方法。在討論了利用CCD測物體重量的原理的同時，還給出了基于DSP的硬件實現，最后給出了數據處理的過程及算法。
關鍵詞：電荷耦合器件，動態測量，DSP

1　引　言
　　目前，對物體的重量進行測量主要依據兩種基本原理。一是利用力學中的杠桿平衡原理，二是利用各種傳感器將物體的重量信息轉化成電信號，再對此電信號進行分析處理提取該物體的重量信息。前者適用范圍廣，量程大，是一種經濟的方法，但測量精度有限且需人工完成，因此，這種方法無法實現實時動態測量。后者采用了傳感器，這就有利于用電子裝置來對重量信息進行分析、計算，并顯示結果，但是，很多傳感器受動態范圍的限制。本文則從光學技術角度結合力學原理利用CCD傳感實現了對物體的動態實時測量。
2　測量原理
　　CCD對物體進行測量的原理如圖1所示。平面鏡的轉動支點為O，且垂線OW交透鏡軸為W點。W點位于f′（焦距）與2f′之間。當沒有測量物體時，平面鏡與激光束的交角為θ。CCD放在透鏡的右邊，它和透鏡中心的距離為f′，這樣便于計算y′。下面分析其原理并導出測量公式。
　　被測物體在彈簧上產生形變。設物重為G，彈簧的彈性系數為k，形變為x，根據虎克定律，則
　　G＝kx。（1）
將彈簧形變反映為平面鏡的轉角變化θ。
　　半導體激光器發出的連續平行激光，入射到平面反射鏡上，平面鏡不同位置對應不同反射光線。反射光線聚集到CCD上，如圖1所示，利用副光軸的作圖法，不難得出如式（2）所示的關系：
　　
其中，y′代表CCD上的光點到光軸的距離。f′代表透鏡的焦距，θ代表平面反射鏡的轉角。由此可見，如果能夠通過CCD快速準確地獲得y′，那么通過求反函數就可以求得θ。
　　下面推導測物體重量G的公式，也就是要導出G與y′的關系式。
　　圖1中，l為彈簧原長，h為平面鏡固定點距水平位置的高度，φ為平面鏡處于平衡位置時與垂直方向的夾角，s為彈簧到平面鏡固定點O水平方向上的距離。由圖1可知，

又

　　將式（7）代入式（1）得　　

3　系統設計
　　圖2所示是本系統的工作原理：CCD圖像傳感器把光信號轉變為電信號。在A／D轉換器中，將CCD產生的電信號轉換為數字信號，并傳輸到圖像存儲單元。DSP通過對數字信號進行處理，最后輸出結果。

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