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基于OV9121的光纤加速度图像采集方法研究

作　者: 刘涛
导　师: 耿涛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 双芯光纤加速度计 CMOS图像传感器图像采集 DSP FPGA
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着航空、航天、建筑、机械等领域飞速发展,振动问题受到了更多的重视,相应地对加速度传感器的性能指标有了更高要求,实时而快速的得到加速度信息是目前的发展趋势。本文结合一种集成式光纤加速度传感器提出了图像采集方法。利用此方法可以使该加速度传感器系统达到对图像的高速采集,实现实时性测量的目标,同时还具有了光源相干性要求不高、受环境温度变化影响小等优点。本文中的加速度传感器由传感探头、光源恒流驱动、CMOS图像传感器、图像信号采集与处理四部分组成。双芯光纤作为传感单元,受惯性力发生弯曲；光源恒流驱动为系统提供稳定的光功率注入,以获得高质量图像；CMOS图像传感器是图像接收装置；图像采集与处理采用DSP+FPGA架构,实现嵌入式与实时性。本文从加速度传感器的系统实现入手,首先完成了传感探头的设计与制作,传感头长度可以调整以适应测量范围的变化；然后完成了光源恒流驱动电路,可以实现0-50mA可调范围以满足实验环境及器件要求；图像传感器选用OV9121,芯片内部集成AD转换模块,输出10bit灰度数据；FPGA芯片完成OV9121的SCCB总线驱动,并实现视频开窗和帧频改变,FPGA芯片上采用中值滤波算法,实现图像采集和图像预处理,完成系统的集成化与实时性测量,方便DSP芯片完成条纹移动量计算得到加速度值。最后,完成了系统软件和硬件的调试,验证了系统的可行性,并针对问题提出了相应的改进方案,为今后的课题开展指明了方向。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题研究目的及意义  10
  1.2 光纤传感器概述  10-12
  1.3 光纤加速度传感器的国内外研究现状  12-15
  1.4 图像传感器驱动  15-18
    1.4.1 图像传感器简介  15-17
    1.4.2 图像传感器驱动技术  17-18
  1.5 课题的主要研究内容  18-19
  1.6 论文的主要结构  19-20
第2章集成式光纤加速度计理论基础  20-36
  2.1 光的干涉原理  20-23
  2.2 双芯光纤出射光场  23-25
  2.3 传感器的工作原理  25-28
  2.4 传感头设计与制作  28-30
  2.5 关键器件的选取  30-35
    2.5.1 光纤的选择  30
    2.5.2 光源的选择  30-31
    2.5.3 图像传感器芯片  31-34
    2.5.4 信号处理芯片  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章系统硬件设计  36-54
  3.1 硬件总体方案设计  36-37
  3.2 图像采集电路设计  37-39
  3.3 图像处理电路设计  39-42
    3.3.1 存储器接口电路  39-40
    3.3.2 FLASH接口电路  40-41
    3.3.3 电源电路  41-42
  3.4 USB通信模块电路设计  42-48
    3.4.1 USB简介  42-46
    3.4.2 5509A的USB模块  46-47
    3.4.3 电路实现  47-48
  3.5 光源恒流控制及调节电路设计  48-51
    3.5.1 电阻控制方案  48-50
    3.5.2 DA控制方案  50-51
  3.6 高速电路的可靠性设计  51-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章系统软件设计  54-73
  4.1 总体方案设计  54-55
  4.2 图像采集模块  55-60
    4.2.1 CMOS驱动模块  55-58
    4.2.2 数据缓存模块设计  58-60
  4.3 数据预处理模块  60-65
  4.4 DSP程序设计  65-67
    4.4.1 图像接收与存储  65-66
    4.4.2 条纹处理算法  66-67
  4.5 USB固件程序  67-72
  4.6 本章小结  72-73
第5章系统的仿真与调试  73-82
  5.1 加速度传感器实验系统  73-74
  5.2 图像采集调试实验  74-78
    5.2.1 OV9121驱动调试  74-75
    5.2.2 条纹位置调整  75-76
    5.2.3 开窗要求调试  76-78
  5.3 图像预处理调试实验  78-79
  5.4 加速度测量方法  79-81
  5.5 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  87-88
致谢  88

基于OV9121的光纤加速度图像采集方法研究

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