極端微壓力檢測是壓力檢測領(lǐng)域中的難點,目前微壓力傳感器的量程最小可低至0.1k Pa左右,很難有微壓力傳感器的量程能低至0.03k Pa以下。如今儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域均需要進行極端微小壓力的測量。要實現(xiàn)極端微壓力的測量,一種途徑是使用比現(xiàn)有材料更高應(yīng)變系數(shù)的壓力敏感材料作為壓敏元件,另一種途徑是使用合適的測量方法。本文根據(jù)邁克爾遜干涉條紋能隨物體微小位移而變化的特性,設(shè)計了一種基于邁克爾遜干涉原理的微壓力傳感器,能有效測量出干涉條紋的位移量,從而計算出膜片的微位移,然后根據(jù)彈性力學(xué)原理計算出此膜片所受的壓力大小。本文使用嵌入式系統(tǒng)采集由邁克爾遜干涉裝置產(chǎn)生的干涉條紋圖像,對膜片受壓時變化的條紋圖像進行分析、處理,計算出干涉條紋準確的位移量。通過建立壓力和位移量的數(shù)學(xué)模型,從而計算微壓力。本傳感器采用了智能式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)硬件電路分為五個部分:圖像采集模塊、測溫模塊、LCD顯示模塊、SD卡存儲模塊和外部SRAM模塊。本文設(shè)計了各模塊電路,并編寫了相應(yīng)的驅(qū)動程序。圖像處理算法包括圖像灰度化、背景去除、濾波、二值化、條紋細化等算法。最后,對微壓力傳感器進行了電路焊接,軟件調(diào)試,系統(tǒng)... 

【文章來源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

等傾干涉條紋圖

南京信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文8根據(jù)干涉極值條件[27]，如果光程差為半個波長的偶數(shù)倍，形成相長干涉，將產(chǎn)生亮條紋，如果光程差為半個波長的奇數(shù)倍，形成相消干涉，將產(chǎn)生暗條紋。由式(2-3)可以看出，由于M1和M2垂直，所以M1和M2’平行，因此薄膜厚度d為一個常量，那么光程差只由入射光的傾角i決定，相同傾角的光線的光程差相等，將處在同一條條紋上，呈軸對稱分布，構(gòu)成了一個垂直于等效薄膜的光錐，所以其干涉條紋為一個圓環(huán)。當(dāng)一條條入射傾角不同的光線同時發(fā)生干涉時，其圖像是一圈圈同心圓環(huán)。此現(xiàn)象又將之稱為等傾干涉[28]，當(dāng)M1發(fā)生微小移動，各圓條紋會相應(yīng)地變化，當(dāng)d減小時，各圓條紋不斷陷入中心，條紋越來越稀疏，當(dāng)d增大時，圓條紋不斷從中心出現(xiàn)，如圖2-3所示。圖2-3等傾干涉條紋圖圖2-4等厚干涉條紋圖n1n2SPABCDd圖2-5等厚干涉示意圖當(dāng)M1和M2不完全垂直時，M1和M2’不完全平行，如圖2-5所示。光源S產(chǎn)生的光經(jīng)過反射鏡的反射和透射，經(jīng)過手動微調(diào)反射鏡的位置和角度，讓兩路光聚集在B點形成干涉條紋，此時兩條光路的光程差為：12=n(SACPSDDP)n(ABBC)(2-4)由式(2-3)可知，光程差取決于入射傾角i和薄膜厚度d，當(dāng)使用平行光照射時，入射傾角i不變，厚度d的變化均勻，光程差相同的光線匯聚形成同條干涉條紋，此現(xiàn)象又將之稱為等厚干涉，如圖2-4所示，當(dāng)M1發(fā)生微小移動，各個條紋會發(fā)生移動，當(dāng)d增大或者減小時，等厚條紋會向左或向右發(fā)生移動，如圖2-4所示。

第二章邁克爾遜干涉的微壓力測量原理15光源圖像采集模塊彈性膜片拋光面全反射鍍膜圖2-10立方體分束鏡示意圖圖2-11立方體分束鏡實物圖為了使設(shè)計對象更小巧，更穩(wěn)定，本裝置使用的立方體分束鏡及其對光路的影響圖如圖2-10所示，圖中的立方體是由兩個完全相同的直角棱鏡的斜面貼合而成，貼合面鍍上一層半透半反射膜，分光比（反射率和折射率之比）為1:1。由于是兩個完全相同的直角棱鏡，所以分開后的兩束相干光光在棱鏡中所行徑的光程完全相同，因此使用立方體分束鏡能夠取代補償板的作用。又為了避免光線穿越過多的介質(zhì)（反射鏡和分束鏡之間的介質(zhì)），造成光能量得損失，在立方體分束鏡靠近光源面的另一側(cè)鍍上一層銀質(zhì)反射膜，起到固定鏡的作用。立方體分束鏡實物如圖2-11所示。通過此設(shè)計，讓邁克爾遜干涉組件中的分束鏡、補償板和固定鏡合三為一，實現(xiàn)了裝置的小型化，降低了整個設(shè)計的成本和提高了此設(shè)計的穩(wěn)定性。2.3.4攝像頭模塊選型攝像頭是將干涉條紋的物理信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的工具，攝像頭的性能能直接影響處理器的處理效率和處理精度。目前主流攝像頭的感光傳感器分為兩種：CCD和CMOS[33]。CCD和CMOS的成像均靠光電效應(yīng)從光產(chǎn)生電信號。兩種類型的成像元件原理都是將光信號轉(zhuǎn)換成電荷并將其處理成電信號，CCD和CMOS的優(yōu)缺點對比如表2-2所示。由表可知，從本設(shè)計小型化、低成本的目標來看，選擇CMOS為圖像傳感器的攝像頭。根據(jù)處理器的處理能力和處理干涉條紋所需要的幀數(shù)，本設(shè)計選取OV7725攝像頭模塊作為圖像傳感器模塊[34]。圖2-12為OV7725的功能框圖。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]等傾干涉條紋與牛頓環(huán)的比較[J]. 楊小云,趙娟.  科技資訊. 2020(01)
[2]“胡克定律”實驗探究課堂教學(xué)案例[J]. 吳廣國,鄒斌.  中學(xué)物理教學(xué)參考. 2019(23)
[3]基于DS18B20的多路溫度采集報警系統(tǒng)設(shè)計[J]. 宗培源.  化學(xué)工程與裝備. 2019(11)
[4]邁克爾遜干涉實驗的非標準干涉現(xiàn)象及解決的方法[J]. 楊文虎,賴學(xué)輝,李永強,張�？�,鄭明軍,莫竣成.  中國現(xiàn)代教育裝備. 2019(21)
[5]基于激光干涉儀驅(qū)動電路的數(shù)模電路實踐教學(xué)平臺研究[J]. 王爽.  信息通信. 2019(10)
[6]攝像機CCD與CMOS圖像傳感器工作原理[J]. 李育林.  科技經(jīng)濟導(dǎo)刊. 2019(25)
[7]基于FPGA的圖像自適應(yīng)加權(quán)均值濾波設(shè)計[J]. 武昊男,儲成群,任勇峰,焦新泉.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2019(03)
[8]淺談壓力計量檢定常見問題的處理[J]. 陳祎.  科技經(jīng)濟導(dǎo)刊. 2019(03)
[9]MEMS智能傳感器技術(shù)的新進展[J]. 趙正平.  微納電子技術(shù). 2019(01)
[10]邁克爾遜干涉儀測波長的不等間隔條紋計數(shù)法的探討[J]. 艾德智,王哲婕,薛江蓉.  大學(xué)物理實驗. 2018(05)

博士論文
[1]全雙工模式下高效資源分配方法研究[D]. 朱敏.南京郵電大學(xué) 2018

碩士論文
[1]NAND閃存存儲器的特性研究[D]. 楊文靜.山東大學(xué) 2019
[2]散斑干涉條紋圖的信息提取方法研究[D]. 薛亞男.山東師范大學(xué) 2019
[3]面向硬件實現(xiàn)的圖像濾波及噪聲估計算法研究[D]. 賈麗敏.西安電子科技大學(xué) 2017
[4]基于CUDA的二值圖像連通域快速標記算法改進研究[D]. 穆天紅.陜西科技大學(xué) 2014
[5]基于嵌入式Linux的干涉圖像處理技術(shù)研究[D]. 張宏亮.南京理工大學(xué) 2014
[6]一種新型真空壓力傳感器的設(shè)計與試驗研究[D]. 蔣瑞斌.湖南大學(xué) 2013
[7]基于邁克爾遜干涉型光纖流量傳感器的研究[D]. 曹飛.電子科技大學(xué) 2013
[8]壓阻式微壓力傳感器的研究[D]. 王峰.北方工業(yè)大學(xué) 2012
[9]基于閾值的圖像分割技術(shù)在簡牘中的應(yīng)用[D]. 張陽潔.成都理工大學(xué) 2010
[10]基于光纖邁克爾遜干涉原理的應(yīng)變測試系統(tǒng)設(shè)計[D]. 楊明.南京航空航天大學(xué) 2007



本文編號：3228544