基于FPGA的一維激光位移傳感器的研究.pdf

1、隨著汽車、電子、金屬加工、食品制藥、薄膜制造等行業(yè)的發(fā)展,激光三角測頭得到了廣泛的應(yīng)用,基于激光三角法的激光位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量速度快、精度高等特點,而國內(nèi)尚沒有成熟的激光三角位移傳感器,對激光三角測頭的研究有待深入研究。
　　本課題從激光三角位移傳感器的原理出發(fā),分別對激光三角位移傳感器的光路部分和硬件電路部分進行了設(shè)計,并分析了各個模塊對傳感器精度的影響。主要研究工作如下:
　　1、設(shè)計了基于FPGA的

2、激光三角位移傳感器,分析了斜入射式和直入射式光路,對直入射式光路參數(shù)進行了研究和確定,論證了斯凱姆普夫拉格(Scheimpflug)條件,闡述了激光三角位移傳感器各個部分在硬件選擇時需要考慮的因素。
　　2、設(shè)計了基于FPGA的信號采集與處理電路。根據(jù)激光三角位移傳感器中對電源的不同要求,實現(xiàn)了激光三角位移傳感器電源方案。實現(xiàn)了CCD電路和CCD驅(qū)動電路,使CCD正常工作并采集到光強信息。
　　3、激光三角位移傳感器的硬件工

3、作需要硬件邏輯驅(qū)動,介紹了基于VerilogHDL的FPGA設(shè)計流程,完成鎖相環(huán)、CCD驅(qū)動邏輯、數(shù)據(jù)采集邏輯和FIFO數(shù)據(jù)緩存邏輯設(shè)計。
　　4、定性分析了激光三角位移傳感器的誤差來源及減小誤差的措施。采用硬件邏輯實現(xiàn)光點定位算法,包括質(zhì)心法、閾值加權(quán)質(zhì)心法和平方加權(quán)質(zhì)心法。并對激光三角位移傳感器的測量數(shù)據(jù)曲線進行擬合,得到測量曲線。通過算法反算,進行邏輯設(shè)計,最終實現(xiàn)位移測量。實驗中的測量范圍3.5mm;分辨率4μm,最大誤差