瞬变光强高速采集系统

附件4：安徽工业大学第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 瞬变光强高速采集系统 申报者姓名 （集体名称）： 指导教师： 类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类A2申报者情况（集体项目）说明：必须由申报者本人按要求填写，申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列。申报者代表情况姓名学校学历作品名称瞬变光强高速采集系统通讯地址主要合作者情况姓 名性别年龄学历所在学院、班级资格认定学生资格是否为我校正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的各类学生（本科生和研究生）。是 否若是，其学号为： （学院盖章） 年 月 日指导教师意见作品是否为课外学术科技作品或社会实践活动成果。是 否指导教师签字： 年 月 日 B3申报作品情况（科技发明制作）说明：仅科技发明制作类作品填写此表。必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，也可附鉴定证书和应用证书，以上材料可附于E表。作品全称瞬变光强高速采集系统作品分类（ C ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标设计、发明目的：完成高速运动状态下的图像采集工作。基本思路：整体设计采用 CPLD 作为处理器， 提供各个芯片的时序信号并实现各种控制功能。线阵 CCD 图像传感器 TCD120感光后输出图像信号， 经集成 CCD 信号处理器AD9943转换为数字信号，经微控制器处理并显示在计算机上。创新点如下：1、CCD 信号每个像素周期可根据时间分为三个部分:复位电平、 浮置栅电平和信号电平。其中信号电平是我们需要的图像信息， 它反映了对应像敏单元的感光强度，光照越强，信号电平越小， 与浮置栅电平的压差越大。相关双采样原理就是用两个采样保持脉冲， 分别对浮置栅电平和信号电平采样，再将两次采样的信号相减作为输出信号。由于两次采样的噪声是相关的，因此噪声被消除。这样，在消除噪声的同时，也提取到了有效的图像信号。、CCD 信号的降噪、 A/D 转换等处理技术对获得高质量的图像信号有至关重要的作用，在电路设计时，如果采用分立元件搭建，调试难度较大，可靠性不高，所以我们采用 AD 公司的单通道 CCD 信号处理器 AD9943，它将直流恢复、 相关双采样、 暗电平校正、 可编程增益放大等信号调理功能以及模数转换功能集成到芯片内部， 完成 CCD 信号处理的所有工作并输出数字信号。、为了提高传输距离及与图像处理卡匹配， 需将数字信号转换为 LVDS 电平。LVDS 是一种低摆幅的差分信号技术， 它使得信号能在差分 PCB线对或平衡电缆上以几百 Mbps 的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。作品概要：系统实现了高速运动图像的正常采集与显示， 具有速度快、成本低、 可靠性高等特点， 为后续的图像处理系统提供了稳定可靠的图像数据。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）现在市场上国外成品线阵 CCD 工业相机的价格十分昂贵， 占用了机器视觉系统的大部分成本。本文利用线阵CCD 设计了一种图像采集系统， 实现了低成本条件下的高速高精度图像采集， 为后续的机器视觉系统提供稳定可靠的图像数据。在电路设计时， 如果采用分立元件搭建， 调试难度较大， 可靠性不高。所以我们采用单通道 CCD 信号处理器 AD9943。它将直流恢复、 相关双采样、 暗电平校正、 可编程增益放大等信号调理功能以及模数转换功能集成到芯片内部，参考文献： 1 王庆有 图像传感器应用技术 M 北京:电子工业出版社， 2003； 2 薛旭成 CCD 成像系统中模拟前端设计J 光学精密工程， 2007； 3 许秀贞 CCD 噪声分析及处理技术J 红外与激光工程， 2004； 4 王华伟 CCD 信号处理电路设计研究J 科学技术与工程， 2007； 5 刘蕾 基于 CPLD 的线阵 CCD 的驱动及数据采集J 电子测量与仪器学报， 2006；作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果无作品所处阶 段（A）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式无作品可展示的形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测整体设计采用 CPLD 作为处理器， 提供各个芯片的时序信号并实现各种控制功能。线阵 CCD 图像传感器 TCD1209 感光后输出图像信号， 经集成 CCD 信号处理器转换为数字信号。为了提高传输速度与距离，信号转换为 LVDS 格式输出至计算机显示。本系统对扫描频率要求较高，故采用线阵 CCD 图像传感器 TCD1209。它具有速度快，灵敏度高，动态范围宽， 像敏单元不均匀好，功耗低，光谱响应范围宽等优点。CCD 信号的降噪、 A/D 转换等处理技术对获得高质量的图像信号有至关重要的作用，在此我们采用 AD 公司的单通道 CCD 信号处理器 AD9943。它将直流恢复、 相关双采样、 暗电平校正、 可编程增益放大等信号调理功能以及模数转换功能集成到芯片内部， 完成 CCD 信号处理的所有工作并输出数字信号。适应范围及推广前景：适用于高速运动状态下的图样采集工作。系统从功能上分为光强信息的数据采集处理模块与数据通信模块：采集模块是基于 ARM+CPLD 构架平台，由 ARM 完成命令的收发与解析，CPLD 生成 CCD 传感器所需的驱动时序，实现了驱动电路的软核化，电路的可移植性得到很大提高。 专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请 C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。微型光谱仪以美国海洋光学公司（Ocean Optics）的光纤光谱仪最为著名。HR4O00光谱仪是该公司的新一代高分辨率的光谱仪，采用东芝公司3648像元的线阵CCD光电探测器，半峰全宽(FWHM,full width at half maximum)分辨率可达0.2nm，光谱范围为200-1100nm，还具有电子快门功能，用户可以调整积分时间，避免了诸如在激光分析中容易出现的饱和现象。Horizon600型是牛津仪器公司推出的一种便携式手持X射线荧光微型光谱仪，主要应用于现场实时元素分析。荷兰Avantes公司的开发了AvaSpec微型光纤光谱仪系列产品，其中新一代产品Avaspec-2048型光纤光谱仪是其主推微型光纤光谱仪。国内的适合现场实时处理的微小型化光谱仪的研究工作开始有点晚，正处在研究阶段，成功实现商业化的微型光谱仪很少。一些研究所和高等学校成为了微型光谱仪的研制的先行者，研制出了一些微型光谱仪器，还有国内一些仪器公司也陆续研制出了能实现现场实时应用的微型光谱仪器。1999年，浙江大学李博等人研制出一种小型实施光谱辐射测量仪，是国内对微型光谱仪比较早的尝试。中国科学院长春光学精密机械和物理研究所吴一辉等人研究的一种微型光谱仪，重庆大学的温志渝等人也开发出了一种微型光谱仪。在我国拥有自有知识产权的第一款快速便携式微型光谱仪是北京普析通用仪器公司开发研制的便携式快速光谱仪PORS-15,在外置紫外-可见光光源下,它能进行200nm至800nm的从紫外区到可见光区的波段测量。D. 指导教师情况及对作品的说明说明：1.请指导教师本人填写。2.请指导教师把关学生作品申报材料。指导教师1姓名工作单位研究方向联系电话指导教师2姓名性别年龄职称工作单位研究方向联系电话请对申报者申报情况真实性做出阐述1、完成项目调研和资料收集；2、完成系统总体方案设计；3、完成主要部件采购。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景做出您的评价本作品可广泛应用在基于CCD的高速光强检测、便携式光谱仪等，市场前景广阔。其他说明无E参赛作品支撑材料说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。3.可附作品的研究报告，图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，鉴定证书和应用证书等材料。