如何使用線陣CCD設(shè)計白光干涉技術(shù)位移測量系統(tǒng)的論文說明

　　白光干涉技術(shù)（White-light interferometry technology）是在20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一門新技術(shù)，由于它是以白光的干涉寬度作為度量單位的，所以可以檢測極其微小的位移形變，被廣泛用于光纖產(chǎn)品、材料研究、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域，具有高測量精度和高靈敏度。CCD（Charge-coupled Device）是電耦合器件，它可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行輸出，同時還具備集成度高，功耗小，噪聲低、測量精度高等優(yōu)點，在圖像傳感方面有著廣泛的應(yīng)用。目前，利用白光干涉技術(shù)進(jìn)行測量的系統(tǒng)只在國外少數(shù)幾個國家中實現(xiàn)了商品化，國內(nèi)還處于研究階段。

　　本文研究并設(shè)計了一種基于線陣 CCD白光干涉技術(shù)的測量系統(tǒng)。通過對白光干涉條紋信號進(jìn)行采集、存儲、傳輸和算法分析，從而實現(xiàn)了中央零級條紋的精確定位。白光經(jīng)過干涉之后會形成干涉信號，符合高斯分布，用高速線陣 CCD對其進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換成電信號，再通過面向 CCD的專有 AD對此信號進(jìn)行濾波降噪和A/D轉(zhuǎn)換，形成對應(yīng)的數(shù)字信號后把數(shù)據(jù)保存在 FPGA中的高速異步 FIFO中，以便于數(shù)據(jù)的存儲與傳輸，最后通過高速以太網(wǎng)的方式把采集到的干涉信號數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)中。此硬件系統(tǒng)是在 Xilinx FPGA的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。

　　本文還對 CCD像素定位進(jìn)行了研究，以提高整個系統(tǒng)的精度。CCD在采集數(shù)據(jù)的過程中會引入諸多噪聲，而導(dǎo)致中央零級條紋不能精確定位。本文介紹并比較了線陣 CCD常見的像素定位算法，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的灰度質(zhì)心法，并對測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，得到了更高精度的測量結(jié)果。

　　經(jīng)過驗證，本系統(tǒng)能夠正確對白光干涉條紋中央零級條紋進(jìn)行定位，同時還有很高的精度與處理速度，具有很高的應(yīng)用價值。