基于DSP的物体重量实时动态监测的研究

研究了一种利用CCD传感器对物体重量进行实时动态测量的方法。在讨论了利用CCD测物体重量的原理的同时，还给出了基于DSP的硬件实现，最后给出了数据处理的过程及算法。 
    关键词：电荷耦合器件，动态测量，DSP

1　引　言
　　目前，对物体的重量进行测量主要依据两种基本原理。一是利用力学中的杠杆平衡原理，二是利用各种传感器将物体的重量信息转化成电信号，再对此电信号进行分析处理提取该物体的重量信息。前者适用范围广，量程大，是一种经济的方法，但测量精度有限且需人工完成，因此，这种方法无法实现实时动态测量。后者采用了传感器，这就有利于用电子装置来对重量信息进行分析、计算，并显示结果，但是，很多传感器受动态范围的限制。本文则从光学技术角度结合力学原理利用CCD传感实现了对物体的动态实时测量。
2　测量原理
　　CCD对物体进行测量的原理如图1所示。平面镜的转动支点为O，且垂线OW交透镜轴为W点。W点位于f′（焦距）与2f′之间。当没有测量物体时，平面镜与激光束的交角为θ。CCD放在透镜的右边，它和透镜中心的距离为f′，这样便于计算y′。下面分析其原理并导出测量公式。
　　被测物体在d簧上产生形变。设物重为G，d簧的d性系数为k，形变为x，根据虎克定律，则
　　G＝kx。（1）
将d簧形变反映为平面镜的转角变化θ。
　　半导体激光器发出的连续平行激光，入射到平面反射镜上，平面镜不同位置对应不同反射光线。反射光线聚集到CCD上，如图1所示，利用副光轴的作图法，不难得出如式（2）所示的关系：
　　
其中，y′代表CCD上的光点到光轴的距离。f′代表透镜的焦距，θ代表平面反射镜的转角。由此可见，如果能够通过CCD快速准确地获得y′，那么通过求反函数就可以求得θ。
　　下面推导测物体重量G的公式，也就是要导出G与y′的关系式。
　　图1中，l为d簧原长，h为平面镜固定点距水平位置的高度，φ为平面镜处于平衡位置时与垂直方向的夹角，s为d簧到平面镜固定点O水平方向上的距离。由图1可知，

又

　　将式（7）代入式（1）得