威海光谱共焦

光谱共焦传感器信号数据处理  
光谱共焦传感器的光谱信息处理的终目的是为了得到峰值波长，但是光纤耦合器的内部回光、光源光强分布的不均匀、CCD 对不同波长光响应程度的不同、光谱共焦传感器系统的噪声等因素都会对谱峰定位造成影响，需要进行预处理后再用适当的算法提取峰值波长。  在光谱仪中得到的光谱信息包括光纤内部返回的背景光和从被测物表面返回的信号光。为了得到有用的信号光，首先需要对背景光进行采集，然后从光谱仪得到的数据中减去背景光。此外还要考虑光源光谱光强分布不均匀的影响。光源光谱特性后的光谱光强分布图，从图中可以看出峰值波长发生了偏移，所以需要对光源光强进行归一化处理。另外由于传感器在各个环节都会产生随机噪声，所以需要进行光谱共焦传感器的光谱去噪，常用的光谱去噪方法有中值滤波、小波函数滤波等，比较了不同的滤波方法后，终选择了用 db6 小波进行 6 次分解强制消噪，因为光谱共焦传感器经过其滤波处理后谱峰定位的重复性较好.

光谱共焦传感器原理
      光谱共焦法是利用波长信息测量距离的。由光源射出一束宽光谱的复色光（呈白色），通过色散镜头发生光谱色散，形成不同波长的单色光。每一个波长的焦点都对应一个距离值。测量光射到物体表面被反射回来，只有满足共焦条件的单色光，可以通过小孔被光谱仪感测到。
      通过计算被感测到的焦点的波长，换算获得距离值。光谱共焦法的同轴共焦原理可以保证即使被测物存在倾斜或者翘曲，也可以进行**的测量，测量点不会改变。


光谱共焦传感器CCS具有测量能力，可稳定测量任何材质。


       传统三角测距法对于反光较强的表面测量精度较差，光谱共焦传感器无论什么表面都可以在1μm精度内稳定测量。即使同时存在多种材质，使用同一安装方式也可以稳定测量。不用针对每一种材质进行重新安装或者调节，对于多种材质存在的被测物，也可用一个传感器，一种安装方式测量。

光谱共焦双通道传感器通讯接口定义


光谱共焦传感器控制器拥有232串口以及USB接口，可以在线传输数据。同时还拥有编码器同步，可以支持三轴编码器信号。


1 光谱共焦传感器电气连接
下面这段解释如何连接：
 将传感器接通电源
 用RS232/RS422串口或者USB2.0口（两种口也可以同时连接）将传感器连接到主机上
 连接模拟输出
 连接同步信号
 连接编码器同步读取位置信息和传感器数据
1.1.1 光谱共焦传感器的电源
将24V，3A的直流电源适配器连接在传感器**板的电源接口。（注：**板上电源插座的黑色连接器可以拧下来，然后的连接在电源适配器上。当然也可以从供应商那里订购电源。
如果传感器装备了外加光源，根据说明书里面的操作盒维修手册将光源盒子连接在正确的光纤插座上。
1.1.2 RS232-RS422光谱共焦传感器的连接
光谱共焦传感器也能用RS232和RS422连接。数据可以通过切换连接类型选择不同协议传输。就是用的是后2个针脚切换（分别为5V和RS422）。对于RS232连接后两个针是留空的，而RS422连接是要接上的（RS422脚和5V脚连接）。
RS232和RS422接口是RJ11类型接口。引脚设计如下：

1.1.3 USB光谱共焦传感器的连接
USB2.0接口是标准B型接口，需要一个标准USB2.0（高速）连接线。
1.1.4 光谱共焦传感器的模拟输出
面板上已经标明的5和7针脚是两个0-10V的模拟输出信号连接口。“Set zero”
按钮可以将模拟输出电平置零。
1.1.5 光谱共焦传感器的同步信号（IO触发）
CCS-100**板接口有三个针脚是用于同步信号的（TTL0-5V）：
Pin n° 1:Sybc in
Pin n° 2:Ground
Pin n° 3:Sync out
1.1.6光谱共焦传感器的编码器接口
编码器接口是一个20点的MDR类型接口（厂商：3M；参照10220-6212PL）。
Pinout：
1：Gnd 5:b+(axis 2)
2：a+（axis 1） 6:a+（axis 3）
3：b+（axis 1） 7：b+（axis 3）
4: a+ (axis 2) 20:5V DC
1.1.7光谱共焦传感器的安装USB驱动
如果希望通过USB接口连接传感器，必须先在主机上安装USB驱动。
每个连接CCS传感器的USB端口都应该安装USB驱动。
驱动程序必须从随光谱共焦传感器附带的CD中安装。将传感器连接到USB 2.0端口，并且将其关闭。放入CD，开始安装驱动。不要重新启动光谱共焦传感器直到安装程序提示这样做。
注意：主机安装系统要求Windows 7或以上。

光谱焦传感器测量原理
光谱共焦位移传感器是一种通过光学色散原理建立距离与波长间的对应关系，利用光谱仪解码光谱信息，从而获得位置信息的装置，白光LED 光源发出的光通过光纤耦合器后可以近似看作点光源，经过准直和色散物镜聚焦后发生光谱色散，在光轴上形成连续的单色光焦点，且每一个单色光焦点到被测物体的距离都不同。当被测物处于测量范围内某一位置时，只有某一波长的光聚焦在被测面上，该波长的光由于满足共焦条件，可以从被测物表面反射回光纤耦合器并进入光谱仪，而其他波长的光在被测物面表面处于离焦状态，反射回的光在光源处的分布远大于光纤纤芯直径，所以大部分光线无法进入光谱仪。通过光谱仪解码得到光强大处的波长值，从而测得目标对应的距离值。由于采用了光谱共焦传感器的共焦技术，因此该方法具有良好的层析特性，提高了分辨力，并且对被测物特性和杂散光不敏感。
所以光谱共焦传感器的结构设计  在光谱共焦位移传感器系统中，系统的测量范围受4个方面的因素影响：
1）光谱共焦传感器光源光谱分布范围；
2）色散镜头在工作波段范围内的轴向色差；
3）光谱仪的工作波段；
4）光纤耦合器的工作波段。选择的白光LED 光源的光谱分布，波段 400～800 nm，所以在设计过程中，色散镜头、光谱仪和光纤耦合器的工作波段要尽量与光源的波段一致，终光谱共焦传感器的系统的测量范围为色散物镜在其共同工作波段范围内的轴向色差。

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