1、實(shí)驗(yàn)八用線陣CCD測(cè)量物體的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠镁€陣CCD測(cè)量物體的位移及其振動(dòng)是另一項(xiàng)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域，測(cè)量位移與振動(dòng)的基本原理和方法在圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)12.7節(jié)，光電傳感器應(yīng)用技術(shù)13.8節(jié)中進(jìn)行了詳細(xì)的講解。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備內(nèi)容學(xué)習(xí)CCD應(yīng)用技術(shù)中有關(guān)振動(dòng)測(cè)量的內(nèi)容(圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)12.7節(jié)與光電傳感器應(yīng)用技術(shù)13.8節(jié))。了解用線陣CCD測(cè)量物體振動(dòng)與位移的基本原理和方法，掌握振幅、頻率、相位等參數(shù)測(cè)量的相關(guān)因素。實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備LCCDAD-II-A型線陣CCD應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)；裝有VC+軟件及相關(guān)實(shí)驗(yàn)軟件的PC計(jì)算機(jī)或GDS-III型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一臺(tái)；用線陣CCD測(cè)量物體振動(dòng)的原理

2、物體振動(dòng)的測(cè)量常需要測(cè)量的振動(dòng)參數(shù)為振幅、頻率和相位。用線陣CCD測(cè)量這些參數(shù)的測(cè)量原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。利用安裝在光學(xué)成像物鏡像面上的線陣CCD對(duì)振動(dòng)過程中的物進(jìn)行成像并其邊界信息連續(xù)地采樣輸出，測(cè)量電路不斷地找出被測(cè)物體像的中心在線陣CCD向面上的位置，顯然，它是時(shí)間的函數(shù)，設(shè)其為W(t)。如果物體做周期運(yùn)動(dòng)，則函數(shù)W(t)為周期函數(shù)，周期T的倒數(shù)為物體振動(dòng)的頻率f;W(t)最大值與最小值之差的一半應(yīng)該為物體的振動(dòng)幅度。如何采集物體像在線陣CCD像面上位置的函數(shù)W(t)是測(cè)量物體振動(dòng)的關(guān)鍵。線陣CCD在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下周期性地輸出每個(gè)像元所接收的光強(qiáng)信息，其周期為行同步脈沖Fc的周期，也為線

3、陣CCD的積分時(shí)間t.。在同步脈沖Fc的周期內(nèi)利用二值化數(shù)據(jù)采集方法或A/D數(shù)據(jù)采集方法總ing能夠測(cè)出被測(cè)物體像中心在CCD像敏面上的位置，它便是時(shí)間的函數(shù)W(t)。而Fc的周期或t.為采樣的間隔時(shí)間，它相當(dāng)于顯示曲線坐標(biāo)架的橫軸刻度，其縱軸坐標(biāo)應(yīng)為物體中心.ng的位置值。因此，連續(xù)不斷地采集物體圖像的中心位置便可以獲得函數(shù)W(t)，測(cè)出物體的振動(dòng)狀況。利用LCCDAD-II-A型線陣CCD應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn)儀很容易改裝成如圖2所示模擬物體振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，它用直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)被測(cè)桿件做左右方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為正弦曲線。能夠模擬以一定的正弦頻率振動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4、由線陣CCD傳感器、驅(qū)動(dòng)器、成像物鏡、模擬物體振動(dòng)的被測(cè)桿件(目標(biāo)物)和遠(yuǎn)心照明光源等部件組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將掃描裝置的4個(gè)螺釘取下，把模擬物體振動(dòng)的試件擰在測(cè)試件上構(gòu)成如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，選中“物體振動(dòng)實(shí)驗(yàn)”軟件，執(zhí)行后彈出如圖3所示的測(cè)量軟件界面，先觀察線陣CCD輸出信號(hào)的波形，看其是否需要調(diào)整。選中界面上的“連續(xù)”菜單，出現(xiàn)所采集的信號(hào)波形，調(diào)整積分時(shí)間與驅(qū)動(dòng)頻率使信號(hào)如圖中所示則最佳。當(dāng)啟動(dòng)*。刈定閾值機(jī)使裝3浮動(dòng)閹fli弭測(cè)量系fflH-lhCJli頻率DOWKX周捅|3TO28它在CCD感則結(jié)以產(chǎn)生生以準(zhǔn)tLM!|計(jì)鼻|W（t）=BW/（t）由此可以測(cè)得被測(cè)物的振幅，并從

5、振動(dòng)波形曲線可以計(jì)算出它的振動(dòng)頻率和相位。5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）測(cè)量被測(cè)桿件做正弦運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)，畫出振動(dòng)波形圖；（2）根據(jù)振動(dòng)波形圖計(jì)算出它的振動(dòng)周期、振幅與初相位。實(shí)驗(yàn)步驟首先將實(shí)驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)端口和計(jì)算機(jī)或GDS-III型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的USB端口用專用USB數(shù)據(jù)線纜連接好，合上實(shí)驗(yàn)儀主電源開關(guān)；打開計(jì)算機(jī)電源，待系統(tǒng)完成啟動(dòng)后進(jìn)入下一步操作；確認(rèn)已經(jīng)正確安裝實(shí)驗(yàn)軟件。否則，請(qǐng)首先安裝實(shí)驗(yàn)軟件；將實(shí)驗(yàn)儀器的上蓋打開，將緊固掃描滾筒的螺釘擰下后取下滾筒，從備件中找到振動(dòng)測(cè)量桿件并將它擰到到振動(dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)上，構(gòu)成如圖2所示振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置；執(zhí)行振動(dòng)測(cè)量軟件后，遠(yuǎn)心照明光源被自動(dòng)點(diǎn)亮，計(jì)

6、算機(jī)彈出如圖3所示的振動(dòng)測(cè)量軟件界面；先點(diǎn)擊“曲線”菜單，觀察線陣CCD的輸出信號(hào)，根據(jù)輸出信號(hào)波形判斷是否需要調(diào)整光學(xué)成像物鏡和CCD的工作參數(shù)，若CCD的輸出信號(hào)已經(jīng)是如圖3所示那樣較好（邊沿陡直），就沒必要再調(diào)整成像物鏡的光圈與焦距，如果輸出信號(hào)的寬度太窄，應(yīng)該調(diào)整成像物鏡的光圈使物體在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)超出輸出信號(hào)波形的高電平范圍（視場(chǎng)）；如果輸出信號(hào)的邊界不夠陡直，要調(diào)整成像物鏡的調(diào)焦環(huán)，使邊界的變化盡量陡直；然后，設(shè)置適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)頻率與CCD的積分時(shí)間，使輸出信號(hào)的幅度達(dá)到視窗的中間偏上位置，但不能進(jìn)入飽和區(qū)；再設(shè)置與調(diào)整二值化電平，可以選擇浮動(dòng)二值化的浮動(dòng)量或直接用固定閾值使閾值電平線

7、（圖3中的黃線）處于波形曲線的中間偏上位置；上述調(diào)整過程完成后便進(jìn)入測(cè)量成像物鏡放大倍率的步驟，按著軟件界面提示的內(nèi)容與步驟一步步地進(jìn)行操作便計(jì)算出光學(xué)系統(tǒng)放大倍率。然后再選擇“連續(xù)”菜單，點(diǎn)擊執(zhí)行；振動(dòng)波形出來后，在適當(dāng)時(shí)候點(diǎn)擊“停止”菜單，將振動(dòng)測(cè)量結(jié)果抄錄下來，或用“保存”菜單將測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的文件夾內(nèi)；調(diào)整振動(dòng)頻率變化旋鈕（實(shí)驗(yàn)儀工作臺(tái)上的旋鈕），使電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，觀察界面上波形曲線所反映的振動(dòng)頻率的變化，再點(diǎn)擊“停止”菜單，將振動(dòng)測(cè)量結(jié)果抄錄下來，或用“保存”菜單將測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的文件夾內(nèi)。測(cè)出3組以上數(shù)據(jù)后便可以結(jié)束實(shí)驗(yàn)。6結(jié)束與關(guān)機(jī)（1）先退出實(shí)驗(yàn)程序，再關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀的電源；（2）關(guān)閉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；（3）關(guān)掉總電源。（4）整理好所有的實(shí)驗(yàn)器材與工具。7實(shí)驗(yàn)總結(jié)（1）寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，分析影響物體振動(dòng)測(cè)量精度的主要因素。（2）在振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中采用“固定閾值”與“浮動(dòng)閾值”對(duì)振動(dòng)測(cè)量的結(jié)果有無(wú)影響？用不同的“固定閾值”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察測(cè)量結(jié)果