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光电检测系统设计

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光电分选机检测系统设计

摘要

光电分选机是一种利用光电技术分析识别物料的品质优劣,并利用压缩空气将劣质

物料剔除的高科技设备。被广泛应用在颗粒状物料品质检测与分级领域,可有效提高物料的品质等级,增加其附加值,提高加工技术的自动化程度,具有很好的社会与经济效益。

设计中主要对光电分选机的检测系统进行了研究，设计了一种以Xilinx公司的FPGA

芯片XC3S200和高速线阵CCD传感器为核心的光电检测系统。它的主要功能是通过CCD传感器对高速下落的颗粒状物料进行动态扫描,由图像数字转换器对CCD输出信号进行信号调理、A/D转换，FPGA对转换后的图像数据进行高速处理,完成剔除信号的输出。

文中主要对监测系统的硬件部分做了设计，包括：以FPGA为核心的硬件电路的设计，线阵CCD驱动电路的设计，图像数字转换器控制接口电路的设计，数据传输中同步串行通信电路的设计。

第一章光电分选机系统

1.1 光电分选机工作原理

在光电分选机工作前,用户首先通过触摸屏设定被分选物种的分选参数。在分选过程中,被选物料首先由进料斗通过电磁振动给料器配送到各个分选通道中的溜槽,经过溜槽的加速运动后，物料以恒定的速度下落进入光电检测系统。光电检测系统在特制灯光的照射下,前后两个CCD传感器对下落的物料进行动态扫描,将扫描的模拟视频电压进行A/D转换，再将得到的数字视频信号经过滤波和识别处理,输出检测判别信号。判别信号到达喷射气枪的延迟时间正好等于不合格物料从视镜下落至喷射气枪之间的时间,当次品到达喷射器位置时,气枪喷嘴喷射高速气流,将次品吹出,使其落入次品槽,而合格品继续下落并进入合格品槽,从而完成物料的一次分选。为了提高分选精度,落入次品槽的物料可以进行二次分选,同时在分选过程中,还可以通过触摸屏对分选参数进行反复调节,以使分选效果达到最佳。下图为分选过程示意图。

图1.1 分选过程示意图

1）振动给料器2）滑道3）光源4）光电传感器5）背景板6）喷射气枪7）次品槽8）

合格品槽9）触摸屏

1.2工艺指标的确定

光电分选机的工作指标主要有以下三个方面:

(l)处理量

处理量即每小时可处理的物料数量,单位为t/h。

(2)选出率

选出率指从原料中选出的杂质数量占所含杂质总量的百分数,也叫色选精度。

(3)带出比

带出比是指色选机选出的废料中杂质数量与正常米粒或麦粒之比。带出比的高低是可以设定的,一般为3/1一5/1左右。

1.3光电分选机结构特点

光电分选机的形式多种多样,但从工作原理和工作过程来看,主要由供料系统、光电检测系统、分选系统、电控系统四部分组成。光电分选机整机基本结构框图如下图所示,除了以上提及的组成部分外,还包括人机交互界面和主控制器。

图1.2 整机系统结构框图

(1)供料系统

供料系统将对被测物料整理调节,使其流速与个体姿态保持相对稳定,保证物料颗粒能

逐个地被光电检测系统检测,在分选系统中能被方便地分选剔除。

(2)光电检测系统

光电检测系统其作用主要是对物料进行光学检测,为分选系统准确无误地提供物料的光学信息。光电分选机的光学检测系统主要由光源、背景板、接收器和镜头等光学元件及相关辅助装置组成。背景板是提供一个背景,使被测物置于一个背景(即基准色)中进行检测。典型的背景板是一系列从浅到深的颜色片。根据光电等效原则,在光源的照射下,总有一片背景片单位面积上产生的反光信号,与合格品单位面积上产生的反光信号等效。接收器,又称光电接收器或光传感器。一般布置在光电检测系统的观测面上。可将投射到接收面上的光信号转换成电信号。目前用于光电分选机中的半导体光电元件,包括硅光电池、光电二级管、光电三级管等。不过,色选机的大多采用先进的电荷藕合器件(简称CCD)作为光学接收器。

(3)分选系统

分选系统的作用是把光电检测系统检测发现的次品从物料中剔除,它由电控系统控制。物料颗粒从检测点到分选点的运动时间,要与光电检测系统信号发出到分选机构这一段延时时间相匹配。常见的分选是用压缩空气喷吹。物料进入分选系统后合格品沿正常运动轨道落入合格品槽,次品则受到喷嘴发射出的脉冲式压缩空气作用偏离正常运动轨道,落到次品槽而被剔除。喷嘴由电磁阀控制。

(4)电控系统

电控系统除控制色选机整体的各机构外,其重要的工作就是把来自光电检测系统的检测信号整形放大,判断处理,去启动分选机构的电磁阀,完成分选操作。

1.4 光电分选机的整体结构设计

通过对光电分选机工作过程和系统结构的分析可知,光电分选机的控制系统是由主控制器、分选控制系统、光电检测系统、电磁振动给料系统和气枪控制分选系统共同组成的。主控制器系统直接或间接控制和管理其它系统,如控制温度、电源电压、开关信号、指示灯等外围电。

光电检测系统采用CCD传感器对4个分选滑道的物料进行检测和识别处理,整个光电检测系统中包括前后8个摄像机控制板和8个CCD传感器,每个控制板控制1个CCD传感器进行扫描工作并对接收到的扫描信号进行识别处理给出异物位置信息。

电磁振动给料系统按照主控制系统设定的工作参数进行工作,将物料调节整理,保证物料在观察区内能被逐个地观察检测。

气枪驱动系统接收分选控制系统的击打信号后,控制高速电磁阀将高压气流喷出,把物

料中的次品分选剔除。

系统每组滑道有32个溜槽,每个溜槽对应1个气动喷嘴,所以1个滑道对应32个气动喷嘴。光电分选机控制系统总体结构如图1.3所示。

图1.3 光电分选机总体结构图

分选机选用的GP触摸屏带有RS-232接口,所以主控制系统与触摸屏间的通信采用了基于RS-232的异步串行通信方式。主控制系统与光电检测系统和电磁振动给料系统间的通信都采用了三线同步串行通信的方式，这种通信方式有别于常用的两线制，其增加了一条数据使能信号线，可不必搜索同步符,同时接收方接收数据时采用时钟脉冲计数和使能信号双重检测的方法,从而提高了通信的可靠性。CPLD转接板除了能接收检测信号控制LED显示外还负责控制器和前后摄像机控制板之间的通信数据帧的转发。

第二章光电检测系统的硬件设计

2.1检测系统的整体结构

该部分主要是针对光电检测系统进行了设计。系统以高速线阵CCD器件和Xilinx公司

的FPGA芯片XC3S2OO为核心设计了一套完整的光电检测系统。系统硬件包括线阵CCD传感器(RL1O24P)、CCD驱动电路、相机电源模块、串行通信模块、CCD数字图像转换器(XRD98L59)、FPGA处理器、CPLD转接板、以及电磁阀驱动电路的气动装置等。检测系统的硬件整体结构框图如图2.1所示。FPGA采用的是Xilinx公司的XC3S200TQ144,配置芯片采用的是XCF01S。转接板CPLD采用的是XC95216,转接板的功能包括将主控制器的命令传送给相机控制板(FPGA处理器)外,还接收处理器的检测信号驱动LED显示。另外一个CPLD采用的是XC95108,完成接收FPGA处理器发送的气枪驱动信号控制高速电磁阀驱动电路。

图2.1 检测系统的硬件框图

设计中系统的处理器采用的XC3S200是Spartan-3系列的FPGA,封装是TQ144,主要特性有: (l)内部时钟频率可达326MHz,可提供4320个逻辑单元,20万个系统门。

(2)支持多达17种的单端接口标准和6种差分接口标准。输出信号的摆幅范围可达1.14V 和3.45V。

(3)高性能的内部存储器SelectRAM结构。每个块存储器容量为18Kb,并且是完全的双口存储器结构。最多可提供216Kb的块存储器资源,以及30Kb的分布式存储器资源。支持高性能的外部存储器接口,这些结构包括SDR/DDR、SDRAM/SRAM、FCRAM和CAM接口等。

(4)专用的18位×18位乘法器模块和超前进位逻辑链构成了高性能的算术处理功能。

(5)多达4个数字时钟管理器模块和8个全局时钟多路复用缓冲器,构成了丰富的时钟资源,从而可提供灵活的系统时钟解决方案。

(6)片内的数字化阻抗匹配技术和可编程输出电流,克服了因阻抗不匹配造成的系统不稳定性问题。

本系统中采用的XC95216和XC95108都是Xilinx公司XC9500系列的CPLD。XC9500系列产品采用快闪存储技术,支持JTAG测试和在线系统编程,具有高密度、高性能、驱动能力强、引脚锁定等特点。XC950O系列产品在功能结构上和FPGA的基本相同。XC950O系列器件的基本结构包括:功能模块、输入输出接口模块和互连矩阵。其中功能模块由宏单元构成,每个宏单元可以实现一定的组合逻辑或寄存器功能。XC95216在资源上包含216个宏单元,

而XC95108包含108个宏单元。

该设计中FPGA采用的是JTAG和主串配置模式配置。当采用主串配置模式时,系统采用的外部配置存储器芯片是XCF01S。

2.2 CCD硬件设计

根据光电分选机的工作原理,我们在线阵CCD传感器的选择上着重考虑了以下几个性能参数:工作速率、分辨率、灵敏度和动态范围。因为记录的是快速运动目标,故对所用CCD的扫描速度有很高的要求。分辨率的高低则直接影响着扫描图像的细节再现程度。由于器件工作频率高,故光积分时间较短,只有选用灵敏度高、动态范围大的CCD才能保证输出视频信号不被淹没于暗电流噪声中,确保扫描图像的质量。

该设计选用的CCD器件是RLI024P。RL1024P是PerkinElmer公司的P系列高速线阵CCD,其光谱响应范围是250-1000 nm,像素读出率高迭40MHz,行读出率可达35KHz,像素大小为14μm,阵列中有1024个有效像素,具有电子曝光控制门,具有低噪声、高速度、高灵敏度等优点。

CCD设计包括两部分,一部分是CCD的时序逻辑,另一部分是CCD的电平驱动电路。CCD 的时序逻辑都由FPGA发生。 FPGA发出的信号电平是3.3V, CCD却需要4种不同的驱动电平，如表2.1所示，因此,从FPGA发出的信号在进入CCD之前,必须进行电平转换。

表2.1 RL1024P驱动电压列表

FPGA发出的3.3V信号驱动到上述4种电平,可以采用PI74FCT16244TV电平驱动芯片来产生相关的电平。PI74FCT16244TV是16hit的快速CMOS线驱动器,可以增加输出电流驱动

能力,应用在P

11、P

和YR的单极性时钟输出(要求驱动电平为OV或5V),它的信号时钟频率

可高达40MHz。在CCD的驱动时序中, P

11、P

和YR的信号驱动时钟频率都为10MHz,均满足

P174FCT16244TV信号时钟频率范围。

NEC公司生产的超低噪声双运算放大器4570,可以将它设置成电压跟随器。通过设置运放的正输入端的电压(电阻分压法),将输入的士12V分压到需要的8V和士4V。

DG642是TTL驱动器,双向模拟开关,时钟上限频率达10MHz,刚好满足该设计的要求。它

应用在P

ab 、P

和P

的双极性时钟信号输出。通过设置DG642的开关两端电平为4570的输

出电平,FPGA发出的信号(OV和3.3V)经过模拟开关转换为表2.1中要求的8V和士4V。

下图2.2所示为该设计中CCD驱动模块的硬件电路原理图,此硬件电路提供CCD需要的4种不同驱动电平,图中标号为Ul的管脚为FPGA的输出端,用于提供CCD正常工作时所需的时序脉冲。

图2.2 CCD驱动电路硬件原理图

2.3 图像数字转换器设计

该设计中选用的是Exar公司生产的图像数字转换器XRD98L59。该器件是低功耗的数字式动静态的CCD图像转换器,它包含有相关双采样器、可编程增益的PGA,10-bit模数转换器以及有哑像元平均器、噪点像元切割器和数字噪声抑制滤波器的自动偏移校正电路等功能。

下介绍XRD98L59的功能和参数设置:

(l)串行控制接口设置

XRD98L59内部有10个8-hit控制寄存器,所有工作参数都是通过设置这些内部寄存器。初始化内部寄存器是通过XRD98L59提供的SPI接口来完成的。SPI接口有读写控制信号分别为LOAD(锁存信号)、SDI(数据)和SCLK(移位时钟)。图2.3为串行接口时序图,接口采用12-bit移位寄存器,前4-bit为地址码,后8-bit为数据位。XRD98L59的SPI接口与XC3S200

的普通IO口相连接,通过FPGA提供的时序来初始化A/D内部的控制寄存器。

图2.3 串行接口时序图

(2)相关双采样设置

XRD98L59提供两个时序接口管脚,一个是采样CCD的黑电平时钟(SBLK),另一个是采样CCD有效信号电平的时钟(SPIX)。两个时钟驱动时序都是通过FPGA来提供。改变地址序号为0011的寄存器内容,可以设定时钟的上升沿还是下降沿采样。通过设置地址序号为0010的寄存器的高6位数据可以设定实际采样点的位置与采样时钟沿的孔径延迟时间。孔径延迟时间可设定的范围在2.7ns一17.5ns之间。

(3)可编程增益控制

XRD98L59内部集成了两级可编程放大器PGA1和PGA2,可以对CCD图像传感器的输出信号进行放大。两个放大器总的放大倍数可以在6dB一38dB之间调整,调整的步长值为O.125dB。

2.4 通信电路设计

该设计中的通信电路是根据3线制的同步串行通信接口协议设计的,这三个接口信号分别是串行数据、移位时钟、使能信号。由于通信线路比较长,容易受到电控系统的干扰,所以采用差分电路传输信号。

AM26L31是Texas仪器公司生产的线性的四重差分发送驱动器,AM26L32是接收驱动器。图2.4所示的是在通信传输过程中,通过传输线连接的AM26L31和AM26L32的其中一个差分驱动器的电路图。当主控制器通过三线同步串行通信接口向检测系统(FPGA)发送数据时,输入数据X到AM26L31的发送驱动器,接收端通过AM26L32的接收驱动器接收数据X,最后数据输出X连接到FPGA的管脚。

图2.4 AM26L31和AM26L32的电路连接图

2.5 气枪驱动设计

高压气枪作用是喷射剔除不合格物料。气枪喷射是通过控制高速电磁阀的动作来完成的。因此高速电磁阀是气枪驱动系统中的一个关键部分,CPLD气枪驱动板通过控制它的吸合和释放来控制喷气时刻及喷气持续时间,电磁阀的动态响应特性直接影响着整个系统的主要性能指标。电磁阀的工作原理是利用电磁铁通电产生的电磁力吸合阀口的铁心,使阀口打开;电磁铁断电后,磁场消失,阀口铁心被复位弹簧拉回,使阀口密封,切断气流。由于气枪驱动系统要求每次喷射的时间很短,电磁铁必须能在很短的时间内产生很强的吸力来克服复位弹簧的拉力,电磁阀的快速响应特性为实现最小喷气量提供了硬件保证。电磁吸引力与电磁线圈中的电流成比例,而线圈中的电流大小是通过外加电压值来改变。所以通过改变外加电压大小值,可以改变气枪驱动系统要求每次喷射持续时间的长短。

为了实现电磁阀控制的理想波形,一般采用3种驱动方案。这3种方案按照产生线圈电流的方式不同,可分为可调电阻式驱动电路、双电压式驱动电路和脉宽调制式驱动电路。该设计中采用的电磁阀驱动电路是脉宽调制式驱动电路。具体原理是控制电路首先加一个宽脉冲,使电磁阀迅速开启。然后一系列PWM脉冲加到电磁阀线圈上,于是在每一个循环时间内,高电平时间线圈上得到电压。由于PWM脉冲周期远远小于线圈的充放电时间,高电平时间越长,线圈的平均电流也就越大,这样电磁阀线圈的维持电流就可以通过控制高频PWM脉冲波的占空比进行调节。调节合适的占空比获得一个较小的维持电流。该设计通过对识别检测信号定时实现脉宽调制驱动电磁阀。

这就是整个系统的硬件设计部分，有关软件以及测试、实验部分会在之后继续进行。

光学系统设计

光学系统设计(五) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相对色散相差较大，阿贝常数相同 D.相对色散相差较小，阿贝常数相同 2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。 A.?δ2h 81L =' B. ?δ2h 81L -=' C. ?δ2h 41 L =' D. ?δ2 h 41 L -=' 3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 4．场曲之差称为 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散 D. 色差 5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。 A.正比关系 B.反比关系 C.倒数关系 D.相反数关系 6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的像差是 ( )。 A.二级光谱 B.彗差 C.畸变 D.像散 8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 9．正弦差属于小视场的 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 畸变 D. 色差 10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( )。：1 ：1 C.5：1 ：1 11．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。 A.畸变 B.场曲 C.球差 D.二级光谱 12．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。 A.通过改变厚度保持场曲为零 B.通过两面曲率调节保持光焦度不变 C.通过改变厚度保持光焦度不变 D.通过两面曲率调节保持场曲为0 14．正畸变又称 ( )。 A.桶形畸变 B.锥形畸变 C.枕形畸变 D.梯形畸变 15．按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。 A.NA 5.0λσ= B. NA 61 .0λ σ= C.D 014' '=? D. D 012' '=? 16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A.子午平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17．下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是 ( )。软件软件软件软件 18．光学传递函数的横坐标是 ( )。 A.波长数 B.线对数/毫米 C.传递函数值 D.长度单位 19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 ( )。

故障自动检测系统设计方案.

10KV 母线回路故障检测控制器软硬件设计方案徐源南阳理工学院电子与电气工程系一、系统功能架构设计根据附件一的要求,设计故障检测与控制系统架构如下: 高压支线电压送入电压互感器后获得合适的 AC 电压, 经感应电压调整器调整成两路电压,一路作为电压采集信号,一路为驱动电路和执行电路供电,为保证系统整体的稳定性和可靠性,在电压调整器上增加一个抑制峰值电压和反向电涌的抗干扰模块,采集到的电平信号经 A/D数模转换以后,送入 CPU 进行处理,当检测到电平信号的异常后,触发 CPU 的中断系统,在小于 0.1us 时间里对事件反应,先由 CPU 软件进行去抖动处理,滤除干扰信号, 然后判断出故障类型, 由 CPU 发出指令, 由调节执行电路完成高压线回路继电器的通断闭合,从而排除或正确判断故障类型。

系统信息适时通过 LED 屏幕或者 LCD 屏幕进行指示,并且延时参数等信息都可以通过面板的控制键盘进行设置,必要时可以用红外遥控器进行设置。为保障系统的稳定运行,防止 CPU 死机,采用“看门狗”来防止软件意外的发生;为获得系统的适时故障检测信息, 采用 RTC 时钟并对系统进行适时监控, 并把故障信息存储在 8K 的 EERPOM 中去,防止掉电信息丢失,并可以适时对系统历史信息进行查询;数据通信采用 485总线和综自计算机进行通信。此系统的自动化程度相对来说很高,功能更强大,稳定性也比较高,可以实现时时故障显示和判断,甚至是简单故障的排除,人员的劳动强度和安全性得到有效保障,因为系统在很短时间内就可以排除故障或显示故障类型,对电力设备的安全有更大的保障。二、故障检测控制器走线图

高灵敏度光学检测系统的制作技术

本技术公开了一种用于检测化学和生物分析物的高灵敏度光学系统，其包括容器、光导、分析物、激发光源、检测器、激发和发射滤光片以及导光组件。新颖的光学系统被固定在外壳中，并以外部连接或内部连接方式连接到设备，以进行数据输入、处理、显示、存储和通信。该光学系统可以以廉价的移动即时医疗方式对多种疾病进行临床水平的诊断。它可以是具有单个或一组光学结构的独立单元，也可以与其他检测系统例如移动显微镜结合使用成为定性和定量检测设备。它也可以在某些商业仪器中实施以提高灵敏度。此外，光学系统的尺寸可以大大减小，以形成高度集成的芯片实验室解决方案。权利要求书 1.一种用于检测化学和生物分析物的光学系统，其包括容器、与容器分离的光导、在容器近端和/或在容器侧面的激发光源、在容器远端的检测器、激发和发射滤光片、透镜和沿激发与发射光路的其他光学组件。 2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光源是水银或氙弧灯、激光、LED和OLED 等，所述光源以单个光源或多个光源形式存在。 3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光导和容器：

由玻璃、石英、其他无机材料、聚合材料、金属或它们的组合材料制成；并且是透明的、或部分不透明的、或部分被不透明材料覆盖；并且是圆柱形、矩形或其他形状；并且是实心的或空心的，或者全部或部分是其他结构。 4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述分析物：是容器与光导之间和/或在容器和光导表面上的吸收性或发射性材料；并且是自吸收性的或发射性的，或者是有吸收性或发射性材料标记物的。 5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述滤光片：是吸收滤光片、干涉滤光片或衍射滤光片、或它们的组合；并且是单个、数列或以多种形式存在。 6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述检测器是光电二极管、CMOS、CCD、PMT 等。 7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统包括分立的、部分集成的或高度集成的光学组件，所述光学组件是单个、数列或以多种形式存在。 8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统：通过连接器或无线通信被外部连接至设备，例如(移动)电话、平板电脑、计算机等，用于数据输入、处理、显示、存储和通信；或者

光学元件外观缺陷检测系统

一、光学元件检测系统描述本系统用于光学元件外观缺陷识别以及产品位置获取，系统采用进口高分辨率工业相机，可以快速获取产品图像，通过图像识别、分析和计算，给出产品外观缺陷，给出产品坐标，并输出相应检测结果信号，以便于设备对不合格产品的处理。二、光学元件检测系统设计方案台州振皓自动化科技有限公司基于机器视觉图像处理技术研发的光学元件外观缺陷检测系统，具有高精度、高速、多样品化的特点。系统主要模块有：触发模块、图像处理模块。根据用户需求，样品移动到检测位，触发相机并及时由视觉系统输出检测信号，从而完成检测功能。为了达到高精度的检测要求，首先要产品来料的位置一致，达到的效果是位置准、稳定。三、系统主要功能 1．高速识别检测功能2/s； 2．检测精度±0.08mm； 3．自动完成被检产品与相机获取图像同步； 4．自动完成光学元件的外观缺陷检测； 5．还可根据需要对不同颜色产品类型学习并检测； 6．对产品图像进行自动存储，可进行历史查询； 7．自动统计（良品、不良品、总数等）； 8．异常时可提供声、光报警、并可控制设备停机； 9．系统有自学习功能，且学习过程操作简单。四、项目系统检测界面五、系统主要技术特点 1.操作界面清晰明了，简单易行，只需简单设定即可自动执行检测； 2.检测软件及算法完全自主开发，系统针对性强； 3.可灵活设置检测模板、检测范围； 4.可选择局部检测功能，提高检测速度； 5.专业化光源设计，成像清晰均匀，确保测量任务完成； 6.支持多种型号产品的检测、具备产品在线自动检测等功能； 7.安装简单、结果紧凑，易于操作、维护和扩充； 8.可靠性高，运行稳定，适合各种现场运行条件。

1222222222222光照强度自动检测显示系统设计.

设计题目：光照强度自动检测显示系统设计一、题目的认识理解本次设计题目是光照强度自动检测显示系统设计，既然是系统设计，我们可以将其分解为模块，把复杂问题简单化。数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。二、设计任务要求：设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出； 2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计；

3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性；给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。三、设计所需基础知识及工具 1、基础知识电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测量电路等部分知识。 2、设计工具电子电路EDA仿真软件：Multisim 电子线路设计软件：Protel99SE。

液晶显示屏背光源模组表面缺陷自动光学检测系统设计

液晶显示屏背光源模组表面缺陷自动光学检测系统设计发表时间：2019-06-17T08:46:59.063Z 来源：《建筑模拟》2019年第16期作者：范明生 [导读] 在当今的科学技术不断发展以及社会经济水平不断提升的时代之中，液晶显示器已经在电视、电脑以及手机等的众多电子产品之中得到了广泛的应用和全面的普及。所以，光学检测技术也得到了进一步的发展。范明生深圳秋田微电子股份有限公司深圳龙岗 518000 摘要：在当今的科学技术不断发展以及社会经济水平不断提升的时代之中，液晶显示器已经在电视、电脑以及手机等的众多电子产品之中得到了广泛的应用和全面的普及。所以，光学检测技术也得到了进一步的发展。本文研究了一种自动的光学检测系统的设计，这种光学系统可以对液晶显示品的背光源模组表面存在的缺陷进行自动的检测。关键词：液晶显示屏；背光源模组；表面缺陷；自动光学检测引言：在液晶显示屏的生产过程中，原料方面的原因或者是技术方面的原因都有可能导致其背光源模组的表面产生缺陷，由于这些缺陷的存在，液晶显示屏的使用性能将会受到十分严重的不利影响。因此，为了让生产的成本得到有效降低，让液晶显示屏的生产成品率得到有效的提升，就应该在生产的过程之中，从宏观方面以及微观方面对液晶显示屏的背光源模组之中的各个光学膜片进行自动的检测。因此，自动光学检测系统对于液晶显示屏质量的保障有着至关重要的作用。下图就是液晶显示屏背光源模组的自动光学检测系统的设计简图：一、表面缺陷的自动光学检测技术简介在对液晶显示屏背光源模组表面的缺陷进行检测之中，自动光学检测技术发挥着十分显著的作用，在这一技术之中，不仅将光学的传感技术加以合理应用，同时也将信号的处理技术以及运动的控制技术等实现了有效的集成与应用，在工业生产之中可以实现识别、检测、测量以及引导等的诸多任务。就当今的工业生产而言，光学自动检测技术已经得到了相当广泛的应用，通过分辨率很高、灵敏度很强的成相技术，对检测的目标图形进行有效获取，然后通过快速的图形识别以及图像处理等的算法，在图像之中实现对目标方向、位置、尺寸以及所存在的缺陷等这些信息的获取，这样就实现了对目标产品的有效检测，对装配线上的目标进行有效的识别以及两阿红的鉴定，对目标进行准确的定位，对装配机制起到良好的引导作用。二、对自动上料机构的设计 1、将一个负责监视的相机放在传输带（1）工位上，在完成了对模组的组装之后，就会将已经组装好的模组传输到（1）工位上，然后，负责监视的相机就可以对这个有待检测的模组图片进行拾取，然后就可以对其在（1）工位上的位置及其姿态方面的信息来实现有效的计算，同时会给后续的上料以及检测的系统发送工作同步的指令。 2、当负责监视的相机将同步指令发给检测系统之后，这个用电动缸以及气动缸所组成的专门负责送料的系统就会把正处在（1）工位上的模组给吸起来，然后，气动滑台会带着模组向（2）工位进行运送。在这一动作发生以前，首先应该计算出负责监视的相机在（1）工位上面所获取到图片之中的位置信息以及姿态信息，用对角度的位置负责校正的气缸来初步校正模组的空间角度。当把模组送到了（2）工位以后，四个气动的滑缸将会在四个不同的方向一起移动到中间来，进而有效校正模组的位置，这时候，模组的下面也会有一个相机，对模组进行及时的成相，通过这种方法就可以识别出将要进行测量的模组的编码序号，以便进行返修信息的获取。 3、当（1）工位上的吸盘对模组进行抓取的时候，右面吸盘就会在（2）工位上吸起校正完的模组，经过气滑台的作用，把模组送到（3）工位进行检测。在这三步完成之后，一道上料的工序就已经完成。三、对检测机构的设计在这一系统的检测机构之中，主要的工位有探测上料位置的工位、检测模组画面的工位、进行间隙性转动的转盘、检测模组异常情况的工位以及检测模组外观情况的工位。以下是其工作的原理：自动送料的机构会将模组传到转轮的（3）工位上，然后，转盘会受到系统的控制，并且把模组传送到转轮的（4）工位上。在转轮的（4）工位上也进行了相机的设置，通过这个相机可以确定模组的位置，还可以检测LED等的工作状况，同时负责向主控计算机传递检测的信息。如果检测发现所有元件都是正常的，就会按照之前预定的检测方案对进行后续的检测，如果检测过程中发现存在异常，那么在后续的检测过程中，就不要再花费时间来检测这个模组，可以直接把这个模组传输给（9）工位，这时候，分选机构就会按照不良品来抓取这个模组，把这个模组传送到不良品的传输带上。 2、在被检测的模组传送到了转轮的（5）到（8）工位之后，缺陷扫描以及成相系统就会扫描和检测缺陷的画面。在对模组的缺陷进行

课程设计光电脉搏检测电路设计报告

光电脉搏检测电路设计报告脉搏波的概述 1.脉搏波的定义脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。 2.脉搏信息血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。 3.脉搏测量的意义脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。设计目的与意义 ?目的应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 ?意义通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号系统设计 1.测量信号的特征

光照强度自动检测显示报警控制系统设计

传感器原理及应用课程设计说明书设计题目：光照强度自动检测显示报警控制系统设计学号：姓名：完成时间：2010、12、13至2010、12、19 总评成绩：指导教师签章：

设计题目：光照强度自动检测显示系统设计一、题目的认识理解本次设计题目是光照强度自动检测显示报警控制系统设计，完成光照强度自动检测、显示、报警、控制系统。采用电路、数电、模电知识柔和一块设计电路，将系统分为四个模块设计电路：检测、显示、报警、控制，把复杂问题简单化。数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。自动控制模块，用或非门实现暗光控制，同时继电器闭合，打开日光灯，当在外界中、强光条件下继电器掉电日光灯熄灭。一、设计任务要求：设计一个光照强度自动检测、显示、报警、控制系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出；2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； 3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性；给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。

光外差探测技术及其应用

光外差探测技术及其应用张潇依 10041540102 摘要：光外差探测又称为相干探测，其探测原理与微波及无线电外差探测原理相似，但是其探测精度亦比微波高3410~10数量级。相干探测与直接探测[1]相比，其测量精度高7810~10数量级，它的灵敏度达到了量子噪声限。关键字：光外差探测、光子计数、量子噪声限[2]、激光测距、多普勒[6]测速 1. 引言光外差检测在激光通信、雷达、测长、测速、测振和光谱学等方面都很有用途。光外差检测的灵敏度达到了量子噪声限[2]，其NEP [3]值可达2010 W 。可以检测单个光子，进行光子计数。在光电信息检测中，当光波频率很高时，每个光子的能量很大，很容易被检测出来，这时光外差检测技术并不特别有用。相反，由于直接检测[1]不需要稳定激光频率，也不需要本振激光器，在光路上不需要精确的准直，因此，在这种情况下直接检测[1]更为可取。在波长较长的情况下，已经有了高效率、大功率的光源可利用。但在这个波段缺少像在可见光波段那样极高灵敏度的检测器。因此，用一般的直接检测[1]方法无法实现接近量子噪声限[2]的检测，光外差检测技术就显示了它的优越性。 2. 原理光外差检测是有别于直接检测[1]的另一种检测技术。光外差检测原理方框图示于图1－1。图中，s f 为信号光波，l f 为本机振荡（本振）光波，这两束平面平行的相干光，经过分光镜[4]和可变光阑[4]入射到检测器表面进行混频，形成相干光场。经检测器变换后，输出信号中包含c f ＝s f －L f 的差频信号，故又称相干检测。图1－1. 外差检测原理示意图

反射镜图1－2 外差检测实验装置图1－2是外差检测的实验装置，光源是经过稳频的2CO 激光器[5]。由分束镜把入射光分成两路：一路经过反射的作为本振光波，其频率为L f ；另一路经过偏心轮[4]反射，并由透镜[4]聚焦到可变光阑[4]上作为信号光束。偏心轮[4]转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的回波就产生了多普勒频移[6]，其频率为s f 。可变光阑[4]用来限制两光束射向光电检测器[7]的空间方向。线栅 [4]偏振镜[4]用来使两束光变为偏振方向相同的相干光，然后两束光垂直投射到检测器上。下面用经典理论来分析两光束外差后的结果。设入射到检测器上的信号光场为： ()cos()s S s s f t A w t ?=+ (1.1) 本机振荡光场为： ()cos()L L L L f t A w t ?=+ (1.2) 那么，入射到检测器上的总光场为： ()cos()cos()s s s L L L f t A w t A w t ??=+++ (1.3) 由于光检测器的响应与光电场的平方成正比，所以光检测器的光电流为 22()()[()()]p s L i t f t f t f T ∝=+ (1.4) 式中的横线表示在几个光频周期上的平均。将上式展开后，则有 22()()[()()]p s L i t f t f t f T αα==+= 2222{cos ()cos ()S s s L L L A w t A w t α??++++ cos[()()]cos[()()]}S L L s s L S L L s L S A A w w t A A w w t ????++++-+- (1.5)

光电检测期末复习

复习题 1、光电检测系统通常主要由光学变换、光电转换、电信号处理三部分组成。 2、在环境亮度大于102时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555 处。 3、光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。由于其引入了电子倍增机构，因此具有灵敏度高、响应时间快等特点，常被使用。 4、指的是帧转移型 5、发光二极管()是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为结注入发光_、_异质结注入发光。 6、光电池的结工作在零偏状态，它的开路电压会随光照强度的增加而增加。 7、对于辐射源来说，光通量（光功率）定义为单位时间内向所有方向发射的可见光能量。 8、激光的形成必须具有工作物质、泵浦源、光学谐振腔。 9、入瞳位于无限远，物方主光线平行于光轴的光学系统称为物方远心光路，此光路克服了调焦不准带来的测量误差，常用于瞄准、读数和精密测量。 10、短焦物镜用于拍近距离物体，焦距越短，视场角越大，因此也称为广角物镜。 11、载光电耦合器件既具有光电耦合特性，又具有隔离特性

12、三种典型光子效应是指光电发射效应、光电导效应和光伏效应。 1 / 14 13、光敏电阻的工作原理是光照产生光生载流子，使其电阻值急剧减小。 14、与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号，而其他大多数器件是以电流或者电压作为信号。 15、依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。 16、由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向是不同的。若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，得到该光源在该截面的发光强度曲线，称为配光曲线。 17、人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。 18、降压使用对于光电测量用的白炽灯光源十分重要，因为灯泡寿命的延长将使系统的调整次数大为减少，也提高了系统的可靠性。 19、出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心的光路被称为像方远心光路，它用于大地测量中测距，能大大提高测距精度。 20、集光镜将光源成像到聚光镜的前焦面上，孔径光阑位于聚光镜的物方焦面上，组成像方远心光路，视场光阑被聚光镜成像到物面上，称为远心柯勒照明。 1、光子效应

光电脉搏信号检测电路

医用电子设计报告光电脉搏信号检测电路医仪一班黄爽3004202313 一、设计目的与意义脉搏的概念：脉搏的广义内容包括心尖搏动波、动脉波和静脉波。其共同特点是频率甚低。动脉脉搏为一般所说的脉搏，由心脏节律性地收缩和舒张引起主动脉中的容积和压力发生改变，从而使动脉管壁出现振动而产生的。脉搏产生后沿管壁向全身动脉传播，在身体浅表有动脉通过的部位，都可触摸到脉搏。所以动脉波的测量相对来说比较方便。正常动脉波形如图。它由以下几个部分组成。上升支：在心室快速射血期，动脉血压迅速上升，管壁被扩张，形成脉搏波形中的上升支；下降支：心室射血的后期。射血速度减慢，进入主动脉的血量少于由主动脉流向外周的血量，故被扩张的大动脉开始回缩，动脉血压逐渐降低，形成脉搏波形中下降支的前段。随后，心室舒张，动脉血压继续下降，形成下降支的其余部分。因为心室舒张时室内压下降，主动脉内的血液向心室方向返流。这一返流使主动脉瓣很快关闭。返流的血液使主动脉根部的容积增大，并且受到闭合的主动脉瓣阻挡，发生一个返折波，因此在降中峡的后面形成一个短暂的向上的小波，称为降中波。老年人或者高血压病人由于血管顺应性较差，所以降中波不明显或者消失。血管弹性不良而硬化时，上升及下降段也均呈陡峭状。脉搏能反映心血管系统多方面的状态，如心跳的频率和节律、心脏的收缩力、血管充盈度、动脉管壁的弹性等等。所以脉搏的测定是一项重要的临床检查顶目。中医更将扪脉作为诊治疾病的主要方法。在中医现代化研究中，对脉搏的分析更为细致，可以分辨出迟脉、数脉、代脉、浮脉、弦脉、滑脉和涩脉等等。其中有以频率之不同而区分的（如迟脉、数脉），有以节律区分的（如结脉、代脉），有以深浅和形态区分的（如弦脉、滑脉、涩脉）等。这就要求在设计脉搏传感器时，要对其灵敏度、频响、拾取信号的方向等作认真的考虑。

汽车自动检测系统设计 (2)

郑州交通职业学院课程设计项目：汽车自动检测系统所属系别车辆工程系专业班级检测与维修6班姓名学号 5 5 撰写日期 2012 年 5 月

摘要对于分布式网络化汽车综合性能自动测控系统整体结构来讲，各工位测控子系统主要完成某个局部的检测与台架控制功能，也就是说，各工位子系统主要完成汽车综合性能检测项目中的部分单项任务的检测，根据工艺设计的要求或检测控制节拍设计的需要，既可以将各个工位控制子系统顺序布置在同一个检测作业车间内，也可以布置在几个不同的车间内。因此，根据前面系统总体结构设计的思想，各个工位测控子系统的数量及其中的测量与控制内容不是固定不变的，而是随着系统工艺设计的变化而变化。关键词：汽车经济性安全性分布式网络化远程诊断

系统软件设计 1.1系统软件总体设计 1.1.1软件设计的总体构思实时微机测控系统的软件主要分为两类：即系统软件和应用软件。所谓系统软件是由软件开发商提供的专门用来使用和管理计算机本身的程序。系统软件包括：①各种语言的汇编解释及编译程序；②机器的监控管理程序，故障诊断程序； ③开发系统。作为计算机应用人员是没有必要开发这些软件的，否则需要投入大量的人力物力并且工程的进度和系统的可靠性都难以得到保证。在本系统的开发过程中，我们购买了所有需要用到的系统软件。操作系统：由于本系统对实时性要求不高，各工位机选用的是Windows98操作系统，服务器则选用Windows2000 Server：开发工具为Visual Basic 6.0和Visual C++ 6.0；数据管理软件采用的是Microsoft Access。所谓应用软件就是面向用户本身的程序。如：工业过程控制中的A/D，D/A转换型数据采样程序，滤波程序，以及各种过程控制程序等等。一般应用软件都是用户根据自己需要自行编写，但近年来随着计算机软件技术的七速发展，市场上也出现了一些非常优秀的通用实时工业控制软件包，国外的有：美国西雷公司的ONSPEC，康泰克公司的CONDAC等，国产的有北京亚控的组态王和研华的组态软件，只是这类软件价格非常昂贵(通常是几万到十几万RMB)。考虑到该系统中的应用程序针对性较强(汽车检测线系统不同于一般的工业控制系统)，加之我们有多年开发此类程序的经验，因此我们仍然采用以往的技术路线，即自行开发应用软件。 1.1.2应用程序模块设计在本系统的应用程序中，大体可以分为数据处理和过程检测两大基本类型。数据处理主要包括：数据采集、数字滤波、标度变换以及数值计算、数据存储、数据显示和打印等。过程控制程序主要是指让微机按照一定的方法对采集数据进行计算、判断，然后给出输出以便控制生产或给出报警。为了完成以上任务，在进行软件设计时，结合系统整体功能，我们把整个程序分为若干个模块，每一模块又包括若干子程序，然后将这些程序交给不同开发人员进行编写，这样不仅可以缩短开发周期，同时还可以提高程序的可读性和可维护性。模块程序设计的主要优点是： 1.单个模块比一个完整的程序容易编写和调试。

光电检测与应用第五章答案

直接检测系统的基本原理是什么为什么说直接检测又称为包络检测）（t d A A i 2221 s αα+=所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度（幅度）而输出相应的电流或电压信号。式中：第一项为直流项。若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，就是包络检测的意思。对直接检测系统来说，如果提高输入信噪比答：对于光电检测系统来说，其噪声主要有三类：（1）光子噪声包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。（2）探测器噪声包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f 噪声；温度噪声。（3）信号放大及处理电路噪声在实际的光电探测器中，由于光电转换机理不同，各种噪声的作用大小亦各不相同。若综合上述各种噪声源，其功率谱分布可用下图表示。由图可见：在频率很低时，1/f 噪声起主导作用；当频率达到中间范围频率时，产生——复合噪声比较显着；当频率较高，甚至于截至频率时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小。很明显，探测器应当工作在1/f 噪声小、产生-复合噪声为主要噪声的频段上。因此，对于直接探测系统，提高输入信噪比的措施有：（1）利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入白噪声的大小与电路的频带宽度成正比，因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。（2）将器件制冷，减小热发射，降低产生-复合噪声。采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N ）最大。什么是直接检测系统的量子极限说明其物理意义。答：当入射信号光波所引起的散粒噪声为主要噪声，其他噪声可忽略时，此时信噪比为：()f h 2P p s SNR ?=νη 该式为直接检测理论上的极限信噪比。也称为直接检测系统的量子极限。量子极限检测为检测的理想状态试根据信噪比分析具有内增益光电检测器的直接检测系统为什么存在一个最佳倍增系数。答：当光检测器存在内增益（如：光电倍增管）时当2M 很大时，热噪声可忽略。若光电倍增管加致冷、屏蔽等措施以减小暗电流和背景噪声，则可达到散粒噪声极限。在直接检测中，光电倍增管、雪崩管的检测能力高于光电导器件，采用有内增益的检测器是直接检测系统可能趋近检测极限的唯一途径。

安全玻璃缺陷光学检测系统中的电路设计

安全玻璃缺陷光学检测系统中的电路设计【摘要】在安全玻璃缺陷光学检测系统中，采用FPGA芯片以及USB接口芯片为光栅尺设计了智能接口模块，不但实现了X 轴及Y光栅信号的细分、辨向、位移测量, 还通过USB口方便快捷实现了与PC机的信息交换。实际应用情况表明，该设计集成度高，使用方便，性能稳定可靠。【关键词】安全玻璃；缺陷检测；光栅位移传感器；FPGA；USB ０引言在安全玻璃的缺陷检测中，通常被检对象的尺寸很小，约为40μm数量级。检测系统不仅需要确定缺陷位置，还要精确测定其外形特征，结合光学特征进一步判断缺陷的性质。因此，检测平台的几何尺度测量必须有很高的精度。为之，在设计的检测系统中采用了光栅位移传感器作为测试手段。光栅位移传感器（即光栅尺）是进行高精度位移测量的最常用的装置，它将位移量通过光栅的透射转换成莫尔条纹的移动，然后经光电转换电路转换成电信号输出。当主光栅与指示光栅相对移动一个条纹距离时，输出的电信号变化一个周期。通过对信号变化周期的测量，进而测出移动的距离。 1光栅尺接口信号及电路功能要求方波输出的光栅尺，所输出的电信号通常包括有A相、B相和Z相三个方波，其中A相信号为主信号, B相为副信号, 两个信号的周期相同,相位差90。Z 相信号作为校准信号，用以消除累积误差。若光栅尺正向运动时，A信号超前B 信号,在A信号下降沿，B信号为“1”；当光栅尺反向运动时，A信号滞后B信号, 在A信号下降沿，B信号为“0”；根据读到的B信号的数据并对A信号的周期进行计数(正向计数或逆向计数), 就可以测算出总位移[1]。图1光栅尺的输出信号光栅尺的测量精度受栅线密度的限制。用电路信号细分的方法可以提高测量精度。故需设计光栅尺专用的接口电路，完成细分辨向、可逆计数和数据传输等任务。实现上述功能有多种硬件方案可供选择。我们采用美国Altera公司的Cyclone II 系列的EP2C5T144C8N（FPGA芯片）完成信号处理，采用南京沁恒公司的CH372（USB总线的接口芯片）实现FPGA与PC机的数据传递，较好地实现了上述目标。 2核心电路设计 2.1细分辨向电路根据光栅尺的工作原理，动尺每移动一个栅距，其A、B两路输出方波变化一个周期。对位移的测量就转变为对输出方波的计数，每当信号有上升沿或下降沿（2选1）时，产生计数变化。换言之，光栅尺每移动1个栅距只计1次数。如果让计数器在A、B两路信号的上升沿以及下降沿均产生计数，则同样光栅尺移动1个栅距，会有4次计数效果。也就是说，光栅尺在1个栅距内，每移动1/4栅距就产生1次计数，相当于把栅距缩小了4倍，或者说精度提高了4倍。这就是细分电路所要实现的功能[2]。设计细分电路，关键在于鉴别出信号的上升沿和下降沿。以A信号为例，所谓“上升沿”和“下降沿”就是短时间A信号发生了变化（不同）。据此，我们设计了用D触发器构成的2级移位寄存器，其时钟由外部提供，频率远高于光栅

故障自动检测系统设计方案

10KV母线回路故障检测控制器软硬件设计方案徐源南阳理工学院电子与电气工程系一、系统功能架构设计根据附件一的要求，设计故障检测与控制系统架构如下：高压支线电压送入电压互感器后获得合适的AC电压，经感应电压调整器调整成两路电压，一路作为电压采集信号，一路为驱动电路和执行电路供电，为保证系统整体的稳定性和可靠性，在电压调整器上增加一个抑制峰值电压和反向电涌的抗干扰模块，采集到的电平信号经A/D数模转换以后，送入CPU进行处理，当检测到电平信号的异常后，触发CPU的中断系统，在小于0.1us时间里对事件反应，先由CPU软件进行去抖动处理，滤除干扰信号，然后判断出故障类型，由CPU发出指令，由调节执行电路完成高压线回路继电器的通断闭合，从而排除或正确判断故障类型。系统信息适时通过LED屏幕或者LCD屏幕进行指示，并且延时参数等信息都可以通过面板的控制键盘进行设置，必要时可以用红外遥控器进行设置。为保障系统的稳定运行，防止CPU死机，采用“看门狗”来防止软件意外的发生；为获得系统的适时故障检测信息，采用RTC时钟并对系统进行适时监控，并把故障信息存储在8K的EERPOM中去，防止掉电信息丢失，并可以适时对系统历史信息进行查询；数据通信采用485总线和综自计算机进行通信。此系统的自动化程度相对来说很高，功能更强大，稳定性也比较高，可以实现时时故

障显示和判断，甚至是简单故障的排除，人员的劳动强度和安全性得到有效保障，因为系统在很短时间内就可以排除故障或显示故障类型，对电力设备的安全有更大的保障。二、故障检测控制器走线图

附件一：控制器设计要点一、控制器组成：二、基本功能： 1、如果VA降低大于等于30%，其他两相VB、VC升高大于等于30%，检测KA、KB、KC均断开，KA、JA立即闭合，持续1秒断开，如果条件1继续存在，检测KA、KB、KC均断开，KA、JA再立即闭合，持续1秒断开，如果条件1继续存在，持续4秒，检测KA、KB、KC均断开，Kb、JＢ闭合，延时1秒断开； 2、如果VB降低大于等于30%，其他两相VB、VC升高大于等于30%，检测KA、KB、KC均断开，KB、JB立即闭合，持续1秒断开，如果条件2继续存在，检测KA、KB、KC均断开，KB、JB再立即

光电检测系统设计

姓名：学号：专业：光电分选机检测系统设计摘要光电分选机是一种利用光电技术分析识别物料的品质优劣,并利用压缩空气将劣质物料剔除的高科技设备。被广泛应用在颗粒状物料品质检测与分级领域,可有效提高物料的品质等级,增加其附加值,提高加工技术的自动化程度,具有很好的社会与经济效益。设计中主要对光电分选机的检测系统进行了研究，设计了一种以Xilinx公司的FPGA 芯片XC3S200和高速线阵CCD传感器为核心的光电检测系统。它的主要功能是通过CCD传感器对高速下落的颗粒状物料进行动态扫描,由图像数字转换器对CCD输出信号进行信号调理、A/D转换，FPGA对转换后的图像数据进行高速处理,完成剔除信号的输出。文中主要对监测系统的硬件部分做了设计，包括：以FPGA为核心的硬件电路的设计，线阵CCD驱动电路的设计，图像数字转换器控制接口电路的设计，数据传输中同步串行通信电路的设计。第一章光电分选机系统 1.1 光电分选机工作原理在光电分选机工作前,用户首先通过触摸屏设定被分选物种的分选参数。在分选过程中,被选物料首先由进料斗通过电磁振动给料器配送到各个分选通道中的溜槽,经过溜槽的加速运动后，物料以恒定的速度下落进入光电检测系统。光电检测系统在特制灯光的照射下,前后两个CCD传感器对下落的物料进行动态扫描,将扫描的模拟视频电压进行A/D转换，再将得到的数字视频信号经过滤波和识别处理,输出检测判别信号。判别信号到达喷射气枪的延迟时间正好等于不合格物料从视镜下落至喷射气枪之间的时间,当次品到达喷射器位置时,气枪喷嘴喷射高速气流,将次品吹出,使其落入次品槽,而合格品继续下落并进入合格品槽,从而完成物料的一次分选。为了提高分选精度,落入次品槽的物料可以进行二次分选,同时在分选过程中,还可以通过触摸屏对分选参数进行反复调节,以使分选效果达到最佳。下图为分选过程示意图。

光照强度自动检测显示系统设计

设计题目：光照强度自动检测显示系统设计题目理解本次设计题目是光照强度自动检测显示报警控制系统设计，完成光照强度自动检测、显示、报警、控制系统。采用电路、数电、模电知识柔和一块设计电路，将系统分为四个模块设计电路：检测、显示、报警、控制，把复杂问题简单化。数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。自动控制模块，用或非门实现暗光控制，同时继电器闭合，打开日光灯，当在外界中、强光条件下继电器掉电日光灯熄灭。 1 设计任务要求：设计一个光照强度自动检测、显示、报警、控制系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出； 2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； 3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计；4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性；

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