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1、实验5线阵C CD应用实验电荷耦合器件Charge coupled devices是70年代初期发现的新型集成光电传感器件。它有线阵列与面阵列两种根本类型，各有不同的工作原理与特性。它们的应用为机器视觉领域的改革创新立下了汗马功劳，使机器有了获取70%以上信息的能力，加之它易于与计算机配合，使机器安装 眼睛与 大脑成为可能，使机器走向自动化、 智能化的趋势进入现 实阶段。线阵CCD的工作原理简单，易于掌握，而它在机器视觉领域的地位举足轻重。线阵CCD通常用于工业领域的非接触自动检测设备上，尤其是自动化生产过程或生产线上，用作在线非接触光电检测设备或俗称为电眼。非接触检测物体的尺寸、运动速度、加
2、速度、运动规律、位置、面形、粗糙度、变形量、光学特性变化、条码信息和其他应用。本实验共有9项实验容，前 2项实验属于原理性或认识性实验，实验 39属于典型应 用的实验，学生通过这些代表性的应用实验能够充分认识与理解线阵CCD在工业领域非接触测量工作中的重要地位。一线阵CCD原理与驱动特性一、实验目的1、掌握彩色线阵CCD开发应用实验仪的根本操作和功能。2、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等测量方法。3、通过对典型线阵 CCD驱动脉冲的时序和相位关系的观测，掌握二相线阵 CCD的 根本工作原理，尤其要掌握 RS复位脉冲与 CR1、CR2驱
3、动脉冲间的相位关系，分析它对CCD输出信号白影响。SH转移脉冲与CR1、CR2驱动脉冲间的相位关系， 掌握电荷转移的 几个过程。二、实验仪器1 . LCCDAD- H-A型线阵CCD应用开发实验仪一台；2 .装有VC+软件与相关实验软件的 PC计算机一台；3 .双踪迹同步示波器推荐使用数字示波器，带宽应在50MHz以上一台；三、实验容与步骤图1-1线阵CCD的参数设置界面1 .实验预备1首先将示波器的地线与实验仪上的接地线连 接好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交 流220V电源插座上；2取出双踪迹同步示波器的测试探头待用；3打开示波器的电源开关，选择自动测试方式按下示波器右上角 “自
4、动设置按钮，旋转“垂直 设置旋钮，调整显示屏上出现的扫描线处于便于观 察的位置；4通过USB总线将实验仪与计算机或 GDS-ni实验平台的USB输入端口相连;5将LCCDAD- n-A型线阵CCD应用开发实验仪的电源开关打开，红色指示灯亮；6启动计算机，打开桌面上的快捷方式“线阵 CCD”,点击 1-LV”,弹出如图1-1 所示的执行界面，点击需要设置的参数，该参数会以较大数字显示在下方，用鼠标点击 设置，完成设置工作。2 .观察驱动脉冲相位1开机后，先按图1-1的界面设置好线阵 CCD的积分时间和驱动频率等参数，将其全部设置为“0档；2示波器测试笔 CH1和CH2分别接到实验仪面板上标注的各
5、个脉冲 例如CH1扫描 线在上，CH2在下，然后用CH1为同步输入，对照 附录一所给出的 TCD2252D的驱动 波形进展下面的测试实验。3测试笔CH1接到仪器面板上的转移脉冲SH输出端上，按下示波器右上角“自动设置按钮，调节示波器的触发脉冲电平旋钮使示波器显示波形稳定，出现三个稳定的尖峰脉冲，即表示示波器以被SH同步。再调节示波器的“水平设置旋钮下方的“秒/格旋钮，使SH脉冲的宽度适合观测，以能够观察到一个或二个周期为最优。然后，用测试笔 CH2分别接到仪器外表板上标有“CR”与CR，字样的测试端口，观测 SH与CR1、CR2的相位关系，为更清楚地观测，可以将示波器的扫描频率加快，使SH的正
6、脉冲展宽，能清楚地观测到SH与CR1、CR2的相位关系，注意观测SH脉冲的下降沿发生在 CR1脉冲的 高 还是 低电平的位置上；4测试笔CH1移至CR1信号输出端，用示波器探头CH2分别测量CR2、RS、CP、SP信号，观测 CR1与CR2、RS、CP、SP信号之间的相位关系，注意 RS脉冲与CR、CR2 的边沿位置关系。5测试笔CH1探头接CP信号输出端，用 CH2探头分别测量 RS、SP,观测CP与 RS、SP信号之间的相位关系。6以上测得的波形与相位关系与附录一所示 TCD2252D的驱动波形对照，分析实验仪的真正驱动脉冲与手册上所给脉冲之差异。3 .驱动频率和积分时间测量1用示波器依次
7、测量线阵CCD驱动器的4个档位驱动脉冲 CR1、CR2和复位脉冲RS的周期、频率与幅度等参数，并分别填入表1-1;2观察它们之间的相位关系，尤其注意复位脉冲RS与CR1之间的相位关系，分析为什么复位脉冲 RS产生于CR1由高变低之后的一段时间；躯动城率/项目CRCR.RS0档周期卬6频率1档周期(J1S)频率(KH2)2档周期3)频率7khz)3档周期(JIS)频率(KHz)表1-1驱动频率与周期3观测调整积分时间设置时驱动频率f是否跟随变化？调整驱动频率f时积分时间ting是否跟随变化？4将CCD的驱动频率设置为 “0档，积分时间也设置为“0档。用测试笔 CH1测FC以它为同步信号，用测试笔
8、 CH2测量SH,观察两者的周期是否一样，记录FC信号的周期。通过实验仪面板上的积分时间和驱动频率的调整按钮进展调节，并将不同驱动频率档和积分时间档次下的 FC周期填入下表1-2中。表1-2积分时间的测量驱动频率0驱动频率1驱动频率2驱动频率3积分 时间 （档）周期(ms)频率(Hz)积分 时间 （档）周期(ms)频率(Hz)积分 时间 甘）周期(ms)频率(Hz)积分 时间 （档）周期(ms)频率(Hz)012345678910154. CCD输出信号的测量1将实验仪积分时间设置为“0档，驱动频率设置在 “0档；2用示波器CH1探头测量FC信号，调节示波器扫描频率， 使屏上至少显示2个FC
9、的周期波形；用 CH2探头测量实验仪的彩色线阵 CCD的绿色信号Ug输出端子，将实验仪 器顶部的上盖拿掉，用遮挡局部光路的方式改变入射到CCD像面上的光强度。观察 Ug的输出信号应该有所变化；3假设将成像物镜遮挡大部或干脆全部盖住，Ug的输出信号波形将变为最低的直线；4保持CH1探头的测量容不变，调出改变积分时间的软件，进展积分时间的调整，先逐渐增加积分时间，同时，用CH2探头分别测量Ug、UR和Ub信号，观测这三个信号在积分时间改变过程中的变化情况；5分别将CH1探头接至SH与FC,调节示波器使之同步，观测 SH波形和CCD输 出信号波形之间的相位关系。重复上述步骤观测 FC波形和CCD输出
10、波形之间的相位关系，比拟上述两种相位关系的差异。6将实验仪的上盖打开，将成像物镜恢复到初始状态取下镜头盖，再将扫描装置拆掉，将扫描装置上的4个螺丝旋下便可将滚筒拿下，将被测圆柱物体安放到台上的圆孔 处，调整好成像物镜的焦距，使示波器能够观测到比拟陡直的输出信号波形，然后，再观察积分时间或驱动频率的变化对输出信号幅度的影响。7分析为什么积分时间的变化会影响线阵 CCD输出信号的幅度。思考题：1、说明RS脉冲、SP脉冲和CP脉冲的作用，输出信号与 CRi、CR2周期的关系。2、解释为何在同样参数设置的情况下，彩色线阵CCD输出信号UR、Ug、UB的幅度会出现较大的差异，差异产生的原因有那些？二线阵
11、CCD输出特性的测量一、实验目的1 .测量典型彩色线阵 CCD器件在不同驱动频率和积分时间下输出的信号波形，进一 步掌握彩色线阵 CCD的根本特性，加深积分时间对CCD输出信号影响的认识，掌握驱动频率和积分时间设置的意义。2 .正确理解彩色线阵 CCD器件的光照灵敏度参数、饱和曝光量与饱和“溢出的等 特性。3 .通过对典型线阵 CCD的输出信号和驱动脉冲相位关系的测量，掌握线阵CCD的根本特性。特别注意对积分时间、驱动频率、输出信号幅度等测量结果的分析。找出积分时间、驱动频率与输出信号幅度间的关系，观察FC脉冲与输出信号的相位关系，说明FC脉冲的意义。二、实验仪器1、LCCDAD- n-A型线
12、阵CCD应用开发实验仪一台；2、装有VC+软件与相关实验软件的 PC计算机一台；3、双踪迹同步示波器带宽 50MHz以上一台；三、实验容与步骤1 .实验预备(1)将示波器的地线与实验仪的地线连接好，并确认实验仪、示波器和PC计算机的电源插头均已插入交流 220V的插座上；(2)通过USB总线将实验仪与计算机或 GDS-ni光电综合实验平台的 USB输入端口 相连；(3)打开计算机的电源或光电综合实验平台的计算机电源，并进入线阵CCD根本特性的测量实验软件；(4)打开示波器电源开关，调整好示波器。(5)打开实验仪的电源开关，用示波器测量CRi、CR2、FC、RS、SP、CP各路驱动脉冲信号的波形
13、，并与“附录一中所示波形比照。应该与附图3所示的波形根本相符，明确仪器工作正常，继续进展下面实验；否如此，应请指导教师检查。2 .驱动频率变化对 CCD输出波形影响的测量(1)将示波器CHi和CH2的扫描线调整至适当位置， 设置CHi所测信号为同步信号。(2)在如图1-1所示的软件界面菜单提示下将线阵CCD的驱动频率设置为适当的档位，例如“ 0档，再设置积分时间的档位，例如设置积分时间为“0挡。(3)用示波器CHi探头测量FC脉冲，仔细调节使之同步稳定，调节示波器使示波器显示至少2个稳定的FC周期，用测试笔 CH2测量Uo(泛指Ur、Ug、Ub)信号。(4)调整CCD成像物镜镜头的光圈，观测U
14、o信号幅度的变化，将光圈调整至Ug信号接近“ 0V”位置处停止调整光圈，将任意测量物体插入支撑架上，盖上遮光盖，然后进 展下面的实验。(5)保持示波器探头的接法不变，示波器使始终能够显示2个FC脉冲的周期，改变驱动频率，先设置为“1档，观测FC与CCD输出彳t号Ug的幅度。(6)再调节CCD的驱动频率至“ 2档和“ 3档，观测输出信号 Ug幅度的变化， 进展记录，添入表 2-1。3 .积分时间与输出信号测量(1)保持实验仪的其他设置不变，将实验仪驱动频率设置恢复为“0档，并确认积分时间的设置也处于“ 0档。(2)用示波器CH1探头测量FC脉冲，调节示波器使之同步稳定， 并至少显示两个周 期。用CH2探头测量Uo信号。(3)在如图1-1所示的软件界面菜单的提示下，调节积分时间的设置
