一种基于CCD线阵的高精度倾角测量装置及方法与流程

本发明涉及倾角传感检测相关技术领域，具体来说，涉及一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置及方法。

背景技术：

在建筑、机械、仪器仪表制造、测量等行业，常常需要检测物体或者平面是否水平(或垂直)，人们通常使用水平尺(或水准泡测量仪器)、倾斜仪、测斜仪、倾角计，等来进行角度变化测量。其中水平仪从过去简单的水泡水平仪发展到现在的电子水平仪，常规的倾斜测量传感器均存在数据线性不好、或精度不够；或者基于该原理窄缝透光的水准气泡由于具有一定透明度或表面边缘轮廓不够清晰，容易导致在透光到ccd感光面测量精度不高，不能符合对高精度测量场合的需求。

常规设备测量精度不高、稳定性不佳、不能远程监测，我公司因业务开展需要一款能对测量基准点进行稳定性评价的高精度设备。所以该设备需要满足以下条件：实时自动化测量、高精度、小量程范围内线性良好，可以用于修正测量结果、高精度倾斜测量、设备要小巧、高性价比等要求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置，包括固定于待测目标物上的冷光源发射系统和接收处理装置，所述冷光源发射系统用于产生稳定均匀的入射光给所述接收处理装置，所述接收处理装置包括图像处理控制单元、设置于冷光源发射系统和图像处理控制单元之间的窄缝透光槽、以及设置于图像处理控制单元与窄缝透光槽之间的水银水准泡装置，所述图像处理控制单元包括电源供电及稳压模块，所述电源供电及稳压模块分别连接有线阵ccd、分别与线阵ccd连接的ccd驱动模组和主控模块，所述ccd驱动模组与主控模块通信连接，所述主控模块还分别连接有lcd显示模块和无线通信模块。

进一步的，所述窄缝透光槽的缝宽小于水银水准泡装置内的水银水准泡直径。

进一步的，所述线阵ccd为ccd图像传感器，所述ccd驱动模组为ccd驱动芯片，所述主控模块为stm32微控芯片。

进一步的，所述ccd驱动模组与线阵ccd之间通过反相稳压模块连接。

进一步的，所述线阵ccd与主控模块之间依次通过信号处理电路和ad转换电路连接。

进一步的，所述ccd驱动模组与所述ad转换电路连接。

进一步的，所述ad转换电路连接和反相稳压模块均与所述电源供电及稳压模块连接。

一种基于ccd线阵的高精度倾角测量方法，包括以下步骤：

s1：冷光源发射系统产生稳定均匀的入射光依次穿过窄缝透光槽和水银水准泡装置中的水银水准泡到达线阵ccd；

s2：线阵ccd对s1中经过水银水准泡的透射光光信号进行图像采集，并传输到主控模块进行图像分析和存储；

s3：当待测目标物发生倾斜时，此时水银水准泡装置内的水银发生位移或形变，线阵ccd对经过发生位移或形变水银水准泡的透射光光信号进行图像采集，并传输到主控模块进行图像分析得到倾斜数据；

s4：主控模块将s3中的倾斜数据与s2中的图像分析结果进行对比分析，测算出待测目标发生倾斜的时间和幅度；

s5：主控模块将s4中计算出的待测目标发生倾斜的时间和幅度传输到lcd显示模块进行显示，并通过无线通信模块上传到远端控制中心进行大数据分析。

进一步的，步骤s2和s3中图像分析包括对线阵ccd接收到的水银图像进行边缘提取和轮廓跟踪，测算出水银图像的边缘和中心坐标。

进一步的，所述倾斜数据和图像分析结果均至少包括有水银图像的边缘和中心坐标。

本发明的有益效果：通过水准泡采用水银代替普通气泡作为透光图案的识别依据，提供了小量程的更高精度、线性良好的倾斜测量装置；设备整体尺寸小、结构简单及功耗低，整个装置可传感器化，达到组网实时监测的效果；采用ccd图像处理的方案，提升了水银水准泡中心的抗干扰能力和数据精度；并且具备很好的实时检测性及远程监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置的结构示意图；

图2是根据本发明一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置的结构框图；

图3是根据本发明一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置中ccd传感图像识别框图；

图4是根据本发明一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置中ccd采集原理示意图；

图5是根据本发明一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置中微控电路原理示意图。

图中：11、入射光，22、经过水银水准泡后的透射光，3、图像处理控制单元，4、窄缝透光槽，5、水银水准泡装置，6、水银水准泡，7、待测目标物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，根据本发明实施例的一种基于ccd线阵的高精度倾角测量装置，包括固定于待测目标物上的冷光源发射系统1和接收处理装置2，所述冷光源发射系统1用于产生稳定均匀的入射光给所述接收处理装置2，所述接收处理装置2包括图像处理控制单元3、设置于冷光源发射系统1和图像处理控制单元3之间的窄缝透光槽4、以及设置于图像处理控制单元3与窄缝透光槽4之间的水银水准泡装置5，所述图像处理控制单元3包括电源供电及稳压模块31，所述电源供电及稳压模块31分别连接有线阵ccd32、分别与线阵ccd32连接的ccd驱动模组33和主控模块34，所述ccd驱动模组33与主控模块34通信连接，所述主控模块34还分别连接有lcd显示模块35和无线通信模块36。

本实施例中，冷光源发射系统1作为入射光发射端，具有光谱稳定均匀，光路可平行投射到接收处理装置2的窄缝透光槽4；窄缝透光槽4为扁形，安装在水银水准泡装置5一侧，其宽度远小于水银水准泡直径，且能够根据入射光角度微调所在坐标位置，确保透过的光能够穿越水银水准泡装置中的水银水准泡中心，最后在水银水准泡装置另一侧的ccd图像传感器能够接收到光信号。

本实施例中，所述线阵ccd32为ccd图像传感器，所述ccd驱动模组33为ccd驱动芯片，所述主控模块34为stm32微控芯片。

本实施例中，所述ccd驱动模组33与线阵ccd32之间通过反相稳压模块连接。

本实施例中，所述线阵ccd32与主控模块34之间依次通过信号处理电路和ad转换电路连接。

本实施例中，所述ccd驱动模组33与所述ad转换电路连接。

本实施例中，所述ad转换电路连接和反相稳压模块均与所述电源供电及稳压模块31连接。

一种基于ccd线阵的高精度倾角测量方法，包括以下步骤：

s1：冷光源发射系统1产生稳定均匀的入射光依次穿过窄缝透光槽4和水银水准泡装置5中的水银水准泡到达线阵ccd32；

s2：线阵ccd32对s1中经过水银水准泡的透射光光信号进行图像采集，并传输到主控模块34进行图像分析和存储；

s3：当待测目标物发生倾斜时，此时水银水准泡装置5内的水银发生位移或形变，线阵ccd32对经过发生位移或形变水银水准泡的透射光光信号进行图像采集，并传输到主控模块34进行图像分析得到倾斜数据；

s4：主控模块34将s3中的倾斜数据与s2中的图像分析结果进行对比分析，测算出待测目标发生倾斜的时间和幅度；

s5：主控模块34将s4中计算出的待测目标发生倾斜的时间和幅度传输到lcd显示模块35进行显示，并通过无线通信模块36上传到远端控制中心进行大数据分析。

本实施例中，步骤s2和s3中图像分析包括对线阵ccd32接收到的水银图像进行边缘提取和轮廓跟踪，测算出水银图像的边缘和中心坐标。

本实施例中，所述倾斜数据和图像分析结果均至少包括有水银图像的边缘和中心坐标。

具体的，ccd图像采集的基本工作的流程是，如图3所示,首先由stm32主控芯片产生一个启动信号给ccd驱动芯片，开始一帧一帧数据的读取，ccd驱动芯片产生驱动时序提供给线阵ccd；同时ccd驱动芯片产生ad转换时钟和stm32主控芯片中断触发时钟；stm32主控与ad转换电路相连，在中断响应过程中直接将ccd数据读取到片内ram,以进行数据的分析及处理。

如图4所示，线阵ccd是一种新型的半导体集成光电器件，具有分辨率高、稳定性好的特点，激光照射到线阵ccd上根据驱动时序产生相应视频信号，驱动时序包括转移脉冲sh(用于感应电荷到存储单元的转移)、时钟脉冲a1\a2(用于交替将储存单元中的电荷依次转移到输出缓存)、复位脉冲rs(输出缓存器的复位清零，以便进行下一像素的输出)、钳位脉冲cp(使输出信号钳制在零信号电平上)，该时序信号通过反相器稳压输出提供给线阵ccd。

如图5所示，线阵ccd输出信号os1/os2，主要经过运放、滤波送到ad转换电路进行数据量化，转化为多路并行数据d0~d7，最终送至stm32主控电路进行算法处理，通过对投射成像的水银边缘提取和轮廓跟踪，确定其边缘和中心坐标，从而准确测算出待测目标发生倾斜的时间和幅度；通过lcd实时显示测量数据，并通过无线通信模块，将数据通过无线局域网上传至集中控制器。

由此可见，借助于本发明的上述技术方案，通过水准泡采用水银代替普通气泡作为透光图案的识别依据，提供了小量程的更高精度、线性良好的倾斜测量装置；设备整体尺寸小、结构简单及功耗低，整个装置可传感器化，达到组网实时监测的效果；采用ccd图像处理的方案，提升了水银水准泡中心的抗干扰能力和数据精度；并且具备很好的实时检测性及远程监控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。