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基本信息
- 項目名稱：
- 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：
- 本研究針對邁克爾遜干涉條紋自動計數(shù)的問題，設(shè)計了基于嵌入式系統(tǒng)的邁克爾遜干涉條紋智能處理系統(tǒng)。設(shè)計自動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)中值擴散濾波算法有效地濾除噪聲，提出了利用二階差分算法計數(shù)干涉條紋。設(shè)計了激光波長測量、空氣折射率測量等幾種應(yīng)用模型；設(shè)計了基于MCU的干涉儀微動滾輪智能控制模塊；為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的趨勢，設(shè)計了遠(yuǎn)程控制的實用方案。
- 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)計方案采用了嵌入式系統(tǒng)平臺，前端的數(shù)據(jù)采集由線陣CCD和A/D轉(zhuǎn)換器完成。整個智能處理系統(tǒng)由以下4個模塊組成： 1. 數(shù)據(jù)采集處理模塊。對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波、有效參考點定位、干涉條紋自動計數(shù)等。這種方法能將可動鏡移動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)計了該子系統(tǒng)來帶動微動滾輪均勻轉(zhuǎn)動，使得干涉環(huán)均勻地“冒出”或“淹沒”，與傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)相比，系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，計數(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)平臺并對邁克爾遜干涉儀進行相關(guān)的實驗操作。遠(yuǎn)程控制使系統(tǒng)的應(yīng)用更廣泛，操作更方便。 4. 基于干涉條紋自動計數(shù)器的具體應(yīng)用模型。為了驗證干涉條紋計數(shù)器的有效性和穩(wěn)定性，設(shè)計了激光波長測量和空氣折射率測量的實際應(yīng)用模型。實驗表明，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、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、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)鍵點及創(chuàng)新點： 1.針對線陣CCD的特性，采用中值-擴散數(shù)字濾波算法處理圖像。在消除噪聲的同時，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數(shù)。 2.提出了二階差分算法計數(shù)邁克爾遜干涉條紋的新方法，提高了計數(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，不僅性能高，而且體積小巧，耗電量低，提高了系統(tǒng)的便攜性和可移動性。 4. 設(shè)計了基于MCU的微動滾輪智能控制系統(tǒng)，利用步進電機精確控制微動滾輪的優(yōu)點，避免了手工轉(zhuǎn)動邁克爾遜干涉儀微動滾輪所造成的影響，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行相關(guān)的實驗。遠(yuǎn)程控制不僅擴大新型計數(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，而且操作更加方便。
科學(xué)性、先進性
- 1.本設(shè)計提出了一種結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)的全新計數(shù)方法，即采用中值擴散數(shù)字濾波消噪、自動定位有效數(shù)據(jù)、二階差分算法計數(shù)干涉條紋。 2.采用了嵌入式系統(tǒng)平臺。目前已有的計數(shù)器都是基于PC機或者MCU的，PC機面臨著可移動差的問題，MCU則因系統(tǒng)資源短缺而無法實現(xiàn)系統(tǒng)功能的多樣化。而嵌入式系統(tǒng)平臺不僅性能高，而且體積小巧，耗電量低，可移動性好，更加有利于產(chǎn)品化。 3.采用C/S體系結(jié)構(gòu)開發(fā)虛擬實驗室，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)器與客戶機之間的負(fù)荷，同時也擴大了計數(shù)器的應(yīng)用范圍。 4.為滿足實際應(yīng)用模型的需求，設(shè)計的滾輪智能控制模塊以單片機作為控制器，利用步進電機精確地控制干涉儀微動滾輪的轉(zhuǎn)動，與傳統(tǒng)的手工滾動相比，更加穩(wěn)定可靠，智能化水平高。
獲獎情況及鑒定結(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，在廣東省獲得挑戰(zhàn)杯二等獎
作品所處階段
- 實驗階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本系統(tǒng)應(yīng)用面廣，既可用于對物理實驗傳統(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、可隨時隨地進行測量等優(yōu)點，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)用于哪個方面的測量，其首要的任務(wù)都是準(zhǔn)確地計算出干涉環(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數(shù)器，而已有的未產(chǎn)品化的計數(shù)器的穩(wěn)定性和精確性都有待提高。 本設(shè)計方案中，干涉條紋自動計數(shù)是重點，也是國內(nèi)外研究的熱點。借鑒國內(nèi)外對條紋自動計數(shù)的研究經(jīng)驗，提出了一種新型的基于嵌入式系統(tǒng)平臺的干涉條紋自動計數(shù)器。 目前，大部分研究人員開發(fā)的邁克爾遜干涉條紋計數(shù)器基于PC機或單片機，PC機的可移動性較差且不利于產(chǎn)品化，而單片機則因系統(tǒng)資源少和運算速度差等缺點而遠(yuǎn)不能滿足實現(xiàn)系統(tǒng)功能的多樣化。針對以上平臺的不足之處，本研究設(shè)計了基于嵌入式系統(tǒng)平臺的干涉條紋計數(shù)器，經(jīng)實驗驗證，該系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力強，可移動性好，系統(tǒng)功能豐富，穩(wěn)定且精度高，抗干擾強。從技術(shù)平臺的角度上看，本設(shè)計也是站在技術(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)虛擬儀器實驗室方面的研究，并取得一定的進展。由此可見，虛擬實驗已經(jīng)成為高校實驗的重要組成部分。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報道。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驗的研究提供了一個可供參考的成功案例。 另外，傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀微動滾輪的轉(zhuǎn)動方法是依靠手工轉(zhuǎn)動，當(dāng)實驗次數(shù)較多時，容易造成肌肉疲勞和測量誤差，影響計數(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，而且使計數(shù)更加精確。
