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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 嵌入式的邁克爾遜干涉條紋智能處理系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本研究針對(duì)邁克爾遜干涉條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)的問題，設(shè)計(jì)了基于嵌入式系統(tǒng)的邁克爾遜干涉條紋智能處理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)自動(dòng)搜尋算法定位干涉條紋有效數(shù)據(jù)范圍；結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用自適應(yīng)中值擴(kuò)散濾波算法有效地濾除噪聲，提出了利用二階差分算法計(jì)數(shù)干涉條紋。設(shè)計(jì)了激光波長測量、空氣折射率測量等幾種應(yīng)用模型；設(shè)計(jì)了基于MCU的干涉儀微動(dòng)滾輪智能控制模塊；為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的趨勢，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程控制的實(shí)用方案。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于現(xiàn)代工業(yè)高精度、大量程、智能化的新需求，設(shè)計(jì)方案采用了嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，前端的數(shù)據(jù)采集由線陣CCD和A/D轉(zhuǎn)換器完成。整個(gè)智能處理系統(tǒng)由以下4個(gè)模塊組成： 1. 數(shù)據(jù)采集處理模塊。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波、有效參考點(diǎn)定位、干涉條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)等。這種方法能將可動(dòng)鏡移動(dòng)微距離的誤差由傳統(tǒng)的1/2光波波長降低到1/4光波波長。 2. 基于MCU的邁克爾遜干涉儀滾輪智能控制模塊。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了該子系統(tǒng)來帶動(dòng)微動(dòng)滾輪均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，使得干涉環(huán)均勻地“冒出”或“淹沒”，與傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)相比，系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，計(jì)數(shù)更加準(zhǔn)確。 3. 基于Internet的遠(yuǎn)程控制邁克爾遜干涉儀模塊。通過Internet訪問嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)并對(duì)邁克爾遜干涉儀進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。遠(yuǎn)程控制使系統(tǒng)的應(yīng)用更廣泛，操作更方便。 4. 基于干涉條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)器的具體應(yīng)用模型。為了驗(yàn)證干涉條紋計(jì)數(shù)器的有效性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了激光波長測量和空氣折射率測量的實(shí)際應(yīng)用模型。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，測量結(jié)果精確。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 系統(tǒng)中主要涉及的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)： 1.針對(duì)線陣CCD的特性，采用中值-擴(kuò)散數(shù)字濾波算法處理圖像。在消除噪聲的同時(shí)，又能很好地保持了圖像的邊緣。濾波效果明顯，有利于干涉條紋的精確計(jì)數(shù)。 2.提出了二階差分算法計(jì)數(shù)邁克爾遜干涉條紋的新方法，提高了計(jì)數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。 3.采用嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，不僅性能高，而且體積小巧，耗電量低，提高了系統(tǒng)的便攜性和可移動(dòng)性。 4. 設(shè)計(jì)了基于MCU的微動(dòng)滾輪智能控制系統(tǒng)，利用步進(jìn)電機(jī)精確控制微動(dòng)滾輪的優(yōu)點(diǎn)，避免了手工轉(zhuǎn)動(dòng)邁克爾遜干涉儀微動(dòng)滾輪所造成的影響，使本系統(tǒng)更穩(wěn)定、更可靠、智能化水平更高。 5.遠(yuǎn)程控制模塊采用基于Internet的C/S的網(wǎng)絡(luò)模式開發(fā)方式。遠(yuǎn)程用戶僅僅通過客戶端軟件即可控制邁克爾遜干涉儀進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。遠(yuǎn)程控制不僅擴(kuò)大新型計(jì)數(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，而且操作更加方便。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.本設(shè)計(jì)提出了一種結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)的全新計(jì)數(shù)方法，即采用中值擴(kuò)散數(shù)字濾波消噪、自動(dòng)定位有效數(shù)據(jù)、二階差分算法計(jì)數(shù)干涉條紋。 2.采用了嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)。目前已有的計(jì)數(shù)器都是基于PC機(jī)或者M(jìn)CU的，PC機(jī)面臨著可移動(dòng)差的問題，MCU則因系統(tǒng)資源短缺而無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的多樣化。而嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)不僅性能高，而且體積小巧，耗電量低，可移動(dòng)性好，更加有利于產(chǎn)品化。 3.采用C/S體系結(jié)構(gòu)開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室，體現(xiàn)了用戶共享、用戶參與管理的特性，更好地平衡了服務(wù)器與客戶機(jī)之間的負(fù)荷，同時(shí)也擴(kuò)大了計(jì)數(shù)器的應(yīng)用范圍。 4.為滿足實(shí)際應(yīng)用模型的需求，設(shè)計(jì)的滾輪智能控制模塊以單片機(jī)作為控制器，利用步進(jìn)電機(jī)精確地控制干涉儀微動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，與傳統(tǒng)的手工滾動(dòng)相比，更加穩(wěn)定可靠，智能化水平高。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在廣東外語外貿(mào)大學(xué)獲得挑戰(zhàn)杯學(xué)術(shù)作品競賽特等獎(jiǎng)，在廣東省獲得挑戰(zhàn)杯二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本系統(tǒng)應(yīng)用面廣，既可用于對(duì)物理實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)儀器的改造，也可用于工業(yè)、建筑業(yè)等方面的高精度微距離測量。具有使用方便、精度高、可隨時(shí)隨地進(jìn)行測量等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 光干涉測量技術(shù)在工程和科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位。其中，基于邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用非常廣泛。不管將邁克爾遜干涉儀應(yīng)用于哪個(gè)方面的測量，其首要的任務(wù)都是準(zhǔn)確地計(jì)算出干涉環(huán)的變化環(huán)數(shù)。然而目前市場上缺少與傳統(tǒng)邁克爾遜儀配套的干涉條紋計(jì)數(shù)器，而已有的未產(chǎn)品化的計(jì)數(shù)器的穩(wěn)定性和精確性都有待提高。 本設(shè)計(jì)方案中，干涉條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)是重點(diǎn)，也是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。借鑒國內(nèi)外對(duì)條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)的研究經(jīng)驗(yàn)，提出了一種新型的基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的干涉條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)器。 目前，大部分研究人員開發(fā)的邁克爾遜干涉條紋計(jì)數(shù)器基于PC機(jī)或單片機(jī)，PC機(jī)的可移動(dòng)性較差且不利于產(chǎn)品化，而單片機(jī)則因系統(tǒng)資源少和運(yùn)算速度差等缺點(diǎn)而遠(yuǎn)不能滿足實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的多樣化。針對(duì)以上平臺(tái)的不足之處，本研究設(shè)計(jì)了基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的干涉條紋計(jì)數(shù)器，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可移動(dòng)性好，系統(tǒng)功能豐富，穩(wěn)定且精度高，抗干擾強(qiáng)。從技術(shù)平臺(tái)的角度上看，本設(shè)計(jì)也是站在技術(shù)前沿的。 國外的一些大學(xué)，比如英國的劍橋大學(xué)、美國的斯坦福、新加坡國立大學(xué)以及國內(nèi)的清華大學(xué)等都已經(jīng)開展了網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室方面的研究，并取得一定的進(jìn)展。由此可見，虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為高校實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。然而，遠(yuǎn)程控制應(yīng)用于邁克爾遜干涉儀的研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文提出的通過遠(yuǎn)程控制邁克爾遜干涉儀的研究為往后虛擬儀器實(shí)驗(yàn)的研究提供了一個(gè)可供參考的成功案例。 另外，傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀微動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方法是依靠手工轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多時(shí)，容易造成肌肉疲勞和測量誤差，影響計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。本研究開發(fā)的基于MCU的智能滾輪控制模塊不僅使得系統(tǒng)更具智能性，而且使計(jì)數(shù)更加精確。
