一种简易的ccd测量光纤直径装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种光纤直径测量装置，尤其设及一种简易的CCD测量光纤直径 装置。
【背景技术】
[0002] 现有技术测量光纤直径的装置普遍采用接触式、非接触式两种测量方式，其中接 触式测量是使用卡尺千分尺测量，运样测量易造成光纤损坏，而且准确性差，而非接触式测 量主要是通过分析前向散射图象中的光斑极次来计算出光纤的半径，但由于测量需要光准 直，操作比较困难，且随着散射角度的增加，光斑的幅值也越来越小，因而信噪比也越来越 低，容易受干扰影响。
[0003] 因此，本领域的技术人员致力于开发一种简易的CCD测量光纤直径装置。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简易的 CCD测量光纤直径装置，结构设计合理，操作简单，能快速、准确测量光纤直径，实用性强，易 于推广使用。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种简易的CCD测量光纤直径装置，包括测量 光学系统和信号处理系统，所述测量光学系统由点光源、集光镜、第一光阔、聚光镜、透镜、 第二光阔和光电接收器组成，点光源、集光镜、第一光阔、聚光镜、光纤、透镜、第二光阔、光 电接收器依次放置，点光源、集光镜、第一光阔、聚光镜、被测光纤、透镜、第二光阔、光电接 收器的中屯、在同一水平线。
[0006] 作为优选，所述信号处理系统由CCD输出视频信号单元、滤波处理单元、信号放大 单元、二值化处理单元和处理器运算单元组成，CCD输出视频信号单元、滤波处理单元、信号 放大单元、二值化处理单元、处理器运算单元依次连接，信号进行滤波和放大处理主要是滤 掉小脉冲信号即高频成分，而该信号幅值非常小，采用有源滤波器来对信号进行放大处理， 因为有源滤波器除了具有滤波功能外，还能够实现信号的放大和缓冲作用;有源滤波器里 面有采样系统，根据采样结果，施加 W大小相同，方向相反的谐波电流，予W抵消，为了得到 与工件尺寸相关的阴影部分尺寸，需要对CCD输出视频信号进行二值化处理，将其转化成矩 形波，然后用脉冲填充，计数器汁数，再通过微机接口与微机相连，结合控制程序进行数据 采集和信息处理。
[0007] 作为优选，所述的信号处理系统也可由线阵CCD单元、信号放大单元、A/D转换单 元、C化D驱动器、处理器和显示器组成，线阵CCD单元、信号放大单元、A/D转换单元依次连 接，C化D驱动器分别与线阵CCD单元、A/D转换单元连接，C化D驱动器与处理器连接，处理器 接显示器，使用A/D转换进行测量，是指在进行CCD输出视频信号进行放大处理之后，将模拟 信号通过告诉A/D装置进行模数转换。
[0008] 本实用新型的有益效果是:利用CCD对被测物体进行光学成像，然后采用图像处理 技术完成非接触测量，操作简单，能快速、准确测量光纤直径。
[0009] W下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说 明，W充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0010] 图1是本实用新型测量光学系统的结构示意图；
[0011] 图2是本实用新型信号处理系统的流程框图；
[0012] 图3是本实用新型CCD成像系统输出的时序视频信号图；
[0013] 图4是本实用新型滤波放大后的信号波形图；
[0014] 图5是本实用新型二值化处理单元的流程示意图；
[0015] 图6是本实用新型采用A/D转换测量系统的原理框图；
[0016] 图7是本实用新型的光路图。
【具体实施方式】
[0017] 参照图1-7,本【具体实施方式】采用W下技术方案:一种简易的CCD测量光纤直径装 置，包括测量光学系统和信号处理系统，所述测量光学系统由点光源1、集光镜2、第一光阔 3、聚光镜4、透镜5、第二光阔6和光电接收器7组成，点光源1、集光镜2、第一光阔3、聚光镜4、 光纤8、透镜5、第二光阔6、光电接收器7依次放置，点光源1、集光镜2、第一光阔3、聚光镜4、 被测光纤8、透镜5、第二光阔6、光电接收器7的中屯、在同一水平线。
[0018] 图1为利用远屯、光路进行CCD的测量光路原理，D是被测物体的直径；d是光电接收 器上阴影的尺寸;f/是物镜6的焦距;1/是光电接收器7与透镜5像方焦点间的距离，可W计 算得到被测物体的直径：
[0019]
[0020] CCD成像视场的位置变化对测量会产生很大的影响，因此需要在能够保证被测物 体成像物距不变，然而物方远屯、光路可W部分消除被测物体成像物距微小变化所产生的影 响，柯拉照明可W使物体得到均匀地照明，在光学系统中一般对成像质量和测量精度要求 较高的系统均采用柯拉照明方式，因此可W采用柯拉照明和物方远屯、光路组成的光学系统 来测量被测工件的直径;而且可W通过改变第一光阔3的大小，可控制成像系统中的孔径角 的大小；改变集光镜2的镜框大小，可改变照明系统的孔径角的大小，从而控制被照物面的 范围。
[0021] 所述信号处理系统由CCD输出视频信号单元9、滤波处理单元10、信号放大单元11、 二值化处理单元12和处理器运算单元13组成，CCD输出视频信号单元9、滤波处理单元10、信 号放大单元11、二值化处理单元12、处理器运算单元13依次连接，CCD输出的视频信号不能 直接进行计数处理及用于尺寸计算。首先由于信号微弱，且存在高频干扰，所W需要进行滤 波放大；另外，光源发光强度不稳定，光路系统的调节也不可能尽善尽美，光带边缘存在一 定色散，输出信号在光照和阴影边界处存在着由明到暗的过渡，为了得到与光纤尺寸相关 的阴影部分尺寸，需要对CCD输出视频信号进行二值化处理，将其转化成矩形波，然后用脉 冲填充，计数器汁数，再通过微机接口与微机相连，结合控制程序进行数据采集和信息处 理，由图3可W知道CCD输出信号是时钟频率为IMHz的小脉冲信号，幅值很小且叠加在一直 流电平上，还有噪声存在，阴影区和和光照区分界模糊，此信号不能直接进行计数，首先应 通过电容隔直，变成只有交流的信号。
[0022] 信号进行滤波和放大处理主要是滤掉小脉冲信号即高频成分，而该信号幅值非常 小，采用有源滤波器来对信号进行放大处理，因为有源滤波器除了具有滤波功能外，还能够 实现信号的放大和缓冲作用；有源滤波器里面有采样系统，根据采样结果，施加 W大小相 同，方向相反的谐波电流，予W抵消，所W，其滤波能力和效果在一定范围内是可变的，适用 于信号处理;而且有源滤波器具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，具有高度可 控性和快速响应的特点;滤波过程中，需要对通带W外的频率成分实现较快的衰减，二阶滤 波器能够实现40化/十倍频的衰减速度，响应较快。综上所述，滤波器可W选用二阶有源低 通滤波器。
[0023] 由于需要测量测量光纤直径，就需要知道CCD成像的阴影轮廓位置，而实际在成像 面的投影像轮廓的亮度分布不是突变的，而是有一个由暗到明的过渡过程，过渡过程所占 的脉冲个数越少，也就越有利于暗明界线的正确判断，用远屯、光路照明时，可W认为像的真 正轮廓大约在最大亮度的50%处，用二值化方法来判断影像的实际位置和尺寸。
[0024] 采用比较法，比较法采用电压比较器，是实现二值化处理最简单的方法，将CCD经 滤波放大处理的视频信号送往该比较器的同相端，用一个电平作为阔值送到该比较器的反 相端，对CCD视频信号进行切割，运样在比较器的输出端就可W得到信号二值化处理的结 果，即视频信号高于阔值的部分均输出高电平，而低于阔值部分均输出低电平，形成了具有 一定宽度的二值化电平的脉冲信号，将时域上的脉冲信号转化为空间域就可得到所要测量 的光纤直径。比较法最重要的参数是设计比较器的阔值，由于在测量过程当中，所使用的光 源难免会有供电电压波动、光学窗口污染、灰尘等因素的变化导致光强的变化，使得CCD输 出的视频信号发生抖动，为了避免运些因素对测量带来的影响，可W采用浮动电平来确定 阔值，即实时地取CCD输出方波的峰值和谷值，然后取其峰、谷值的1/2作为切割比较电平， 也就是切割电平随着峰谷值变化而上下浮动W保证取的是方波的1/2处。
[0025] 经过上述二值化处理之后，我们需要进一步得到二值化信号所覆盖的CCD像元数 目。由于每个CCD像元的尺寸为7.4 X 7.4um2，直接得到尺寸的话误差是两个光敏单元的间 距14.Sum。为了得到更高的测量精度，可W使用频率更高的时钟脉冲对二值化的信号宽度 进行填充计数。由于原始CCD视频读出信号OS的频率为:f = IMHz，每一个脉冲代表7.4um，现 在采用IOMHz的时钟脉冲进行填充计数，那么每个脉冲代表的尺寸为0.74um，可W减小测量 误差。得到测量的光纤尺寸：
[0026]
[0027]本【具体实施方式】利用CCD对光纤直径进行测量采用的就是运种技术，装置采用CCD 平行光投影法，即通过照明光路用平行光将被测工件投影在CCD光敏元件上成像，从而通过 像的尺寸获得物体的尺寸，CC