一．应用背景
该系统为一个即时检测行进中钢丝的直径的系统，该系统应该具有以下的功能： ①在晴朗白天的室内，全白的检测区域的背景下，能够将行进速度为60m/min的钢丝，以小于或等于0.5mm的间隔采样，并将采样的结果实时地输进后台检测的计算机平台上；
②在计算机上，对实时传进来的数据进行处理；在检测精度为±5%的情况下，实时观察钢丝的直径是否符合技术要求
③若是某一段的钢丝直径不符合要求，则系统能够即时报警并记录不合要求的钢丝的位置，便于后期进行次品的标记。
系统的技术指标如下：钢丝行进速度：60m/min
采样间隔：≤0.5mm
钢丝平均直径：2.0mm
工作电源：220V市电
检测精度：±5%
二．基本测量原理的论证与确定
上海铁路医院
1．借鉴与光纤模场直径的测量方法，测量单模光纤模场直径的方法有：横向位移法和传输功率法。光纤基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径就是衡量光纤模截面上一定场强范围的物理量。通常将纤芯中场强分布曲线最大值1／e处所对应的宽度定义为模场直径。而这种测量要利用到光纤的特性，推之于钢丝则不太适用。
2．利用弱磁方法完成监测过程，完全排除强磁辐射污染，避免强磁场对铁磁性金属构件工作性能造成的不良影响；这种测量系统的精度较高，同时造价较高，因此我们独立设计也不宜采用这种原理。之上两种方法从经济和技术角度考虑我们予以放弃。
3．常用的有一种方法是利用激光的的衍射，通过对比计算衍射图像来获得钢丝直径的测量结果，但是一旦考虑到要得到激光衍射图像，就必须采用面阵CCD，对于高速运行的钢丝流水线，面阵CCD显然达不到高帧频的要求，因此这种方法也不适合。
4．最后，利用线阵CCD的高帧频特性，满足了采样间隔的要求，同时能满足必要的测量
精度，具体的测量方法如下：
①首先利用一个镜头对所检测的钢丝进行放大，然后将放大后的信息传给一个高帧频的线阵CCD； ②在线阵CCD里，放大后的钢丝直径转换为大小为10微米的像素，通过其占有CCD像素的比例来检测钢丝的直径大小；
③在后台计算机上，通过软件实时观察并处理这些钢丝直径的变化。
三．系统的总体构成及单元设计
1.系统组成
设计系统总体 图像摄入模块 图像处理模块
框架、外形
数据图像 数据图像
输出模块 传输模块
（1）.摄入模块：
图像摄入模块包括的器件有：线阵CCD，光学镜头，其中线阵CCD的帧频要求在2000Hz以上，线阵CCD总像素宽度大于500像素。光学系统的参数
要根据光学镜头距离钢丝的实际距离而定。详细内容后面讲解。
www.bph（2）.传输模块：
传输模块是由数采转换处理集成电路、数采存储单元、数据分析处理单元、数组形式转换单元、通讯传输单元等组成。
①数采转换处理集成电路 内嵌式两级16位工业CPU，外扩32M张玉舜存储；AD/DA数模转换芯片，串行端口8路12位200Kbps采样；
②数据分析处理 196主芯片，MSP430F133支持，512K缓存芯片，8KB程序空间，256byte数据空间，C++语言程序，KBH硬件时钟；
（3）.图像处理模块
将传输过来的数据流进行如下处理：
图像去噪——》二值化处理——》读取黑像素个数——》通过计算公式得到直径
D=l/l’ *N*a
l为物距，l’为像距，N为像素个数，a为每个像素的宽度。
该过程还会设计一个用户界面，以更好的实现人机交流。
（4）.图像输出模块：
完成图像的实时输出，结果的实时输出，系统要求两类视频终端
终端A ：
动态实时显示器（屏），MAX7310G分级切换芯片，EPLD（红、黄、绿）光电管，DDY－6蜂鸣报警器；
终端B：
静态存储打印备份，PC机附A4激光打印机,TCK回看天际下中流专用PC运行软件，VB语言程序系统
2.关键部件的参数选择
（1）镜头选择:
. 考虑到要实现放大，物体应该放于二倍焦距到一倍焦距之间，镜头可能需要组装。
由以上两式，经过计算可知：
可以看出，，l>f，,对于5%的误差，可忽略不计。
要求,即要求.距离的误差由工程测量确定。假设=1mm,则要求l>20mm(f<l<2f),考虑到实际情况，选定l=50mm,则25<f<50.
视场 >。
在查镜头的过程中，发现了远心镜头，远心镜头有三种：物方远心镜头、像方远心镜头以及两者的结合，物方远心镜头常用于工业精细测量：
此时，无论物方距离如何变化（在放大范围内），像方两个弥散圆重新建的距离不变，总是y’，从而消除了距离的变化引起的误差。
综上考虑，选择镜头MGTL60C,具体参数规格如下：
（2）CCD的选择
① 钢丝行进速度为1m/s,要求采样间隔≤0.5mm，经过计算可知，每秒需要采样2000次，所以，CCD帧频必须大于2000，因此从经济角度和技术角度来看，选择线阵ＣＣＤ；
② 钢丝的平均直径在2mm,测量过程中，采用放大形式（）的测量系统,考虑现在的工艺水平，每个像素的大小都在10的水平，如果放大5倍，则需要的像素数为1000个，考虑到其他因素选择CCD的像素数大于2000；
③ SG-11-02K80-00-R基本性能参数
分辨率 | 数据传输率（MHz） | 帧速率（KHz） | 像素尺寸（μm x μm） | 数据格式 | 输出格式 |
1024 / 2048 / 4096 | 80 / 40 | 68 / 36/ 18 | 14x14/10x10 | 8, 12 bit | GiEg |
| | | | | |
镜头接口 | 响应度（DN(nJ/cm²)） | 动态范围（dB） | 功率耗散（W） | 镜头尺寸 泰州师专附属实验中学（mm*mm*mm） | 重量（g） |
M42 x 1, C, F | Up to 2064 @ 0dB | 1400/1 | <8.5 | 72 x 60 x 50 | <300 |
| | | 整数规划 | | |
④ SG-11-02K80-00-R具体参数的确定
ⅰ.分辨率的选择
由于我们在镜头里选择了型号为MGTL60C的镜头，该镜头放大倍数为6倍，而所要检测的钢丝平均直径为2.0mm，则经过镜头放大到CCD靶面上时，变为12mm，由于每个像素的大小都在10的水平，因此需要12mm/10um=1200个像素，即需求分辨率为1200；而SG-11-02K80-00-R分辨率分别有1024 / 2048 / 4096，因此需要选择分辨率为2048；
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