使信号达到测量要求（接近饱和状态，但不能进入饱和状态），且要调整好成像物镜，使输出波形尽量陡直，以便获得更高的测量精度。
（4） 设置阈值为“浮动阈值”方式，数值选为50。选择“压缩”显示，数据采集间隔设为0s，设置采集次数为10次，得到10次采集的平均值。
（5） 运行测量软件，并将所显示的测量结果记录在实验报告中。
（二） 角度测量方法之二
选择工具条上的算法2按钮，实验仪将自动转换为用TCD2252D的UR、UG两输出信号进行方法2测量。将测量角度样片D、E图形代替被测物分别插入测量片夹的夹槽中。其他实验步骤如同角度测量方法一的步骤。测量结果也同样显示于如图6-4所示的界面中。
3、结束与关机
（1）先退出实验程序，再关闭实验仪的电源； （2）关闭计算机系统； （3）关闭示波器电源； （4）关掉总电源。
（5）整理好所有的实验器材与工具。
六、实验总结
1、 写出实验总结报告。
2、 假设本实验测量物体宽度为4mm，CCD像面的测量精度为±2（CCD像素点），根据光学放大倍数，分析本实验测量角度的精度情况。
3、 同上条件，假设被测物体本身的宽度变化为8mm ± 0.2mm，再分析测量角度的精度情况。
4、 试比较两种测量方法的测量精度，彩色线阵CCD的行间距越宽，测量精度越高吗？若采用两个平行放置的单色CCD能否实现更高精度的测量结果？
5、 参考本实验角度测量原理，试设计一个用两个平行放置的线阵CCD进行圆形棒材直径进行测量的装置，并要求允许棒材产生适当的倾斜，求解测量公式。（选作）
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实验七 用线阵CCD测量物体尺寸
一、实验目的
用线阵CCD测量物体的外形尺寸是非常广泛的，其原理很简单。《图像传感器应用技术》第12章中用4节讲述不同测量范围和精度要求情况下的测量原理与测量方法。通过本节实验能使学生进一步从实践环节上学习和认识它的测量原理与方法。而且，学会了应用CCD进行尺寸的测量也为学习其他应用打下坚实的基础。
二、实验准备内容
首先应学习用线阵CCD测量物体尺寸的测量原理（参看《图像传感器应用技术》书的12.1节），掌握本节的主要技术参数和尺寸测量的相关技术。
三、实验所需仪器设备
（1） YHLCCD－IV型彩色线阵CCD多功能实验仪一台； （2） 装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机一台；
（3）带宽50MHz以上的双踪迹同步示波器一台； 四、实验步骤
1、实验预备 （1） 首先将实验仪的数据端口和计算机USB端口用专用USB数据线缆连接好并合上YHLCCD－IV的主电源开关。
（2） 打开计算机电源，完成系统启动后进入下一步操作。 （3） 确认已经正确安装实验软件。否则，请安装实验软件。
（4） 用示波器测量F1、F2、FC、RS、SP、CP各路脉冲信号的波形是否正确。如果与附图3所示的波形基本相符，可继续进行下面的实验；否则，应请指导教师检查实验仪器。
2、测量尺寸
（1） 打开实验仪上的盖板，将准备好的被测信号（黑底白色条的测量样片B、F等）插入测量片夹夹具中。
（2） 运行《尺寸测量实验》软件，计算机界面的右下方出现与测量步骤相关的实验注意事项，按照文字提示进行实验工作。
（3） 调节镜头光圈、焦距和积分时间设置，使CCD的输出信号幅度达到测量要求（信号接近饱和且调焦准确）。
（4） 将标定光学系统放大倍数的样片F插入测量片夹夹槽中，点击放大倍率计算按钮，仪器将自动计算出光学成像系统的放大倍率并显示于界面。
（5） 设置“浮动阈值”为50，选择收缩图显示，数据采集间隔设为0s，设置采集次数为10次，采集方式为10采集取平均值。
（6） 标定完成后，便可以直接进行尺寸测量；
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（7） 若直接点击测量按钮，在很短时间内将测出校正放大倍率F片的黑、白条的宽度尺寸值，在界面上弹出数据框。
（8） 若将测量样片B置于测量片夹夹具中，点击测量按钮，在很短时间内将测出被测物样片B的黑、白条的宽度尺寸值，在界面上弹出数据框。
（9） 点击如图7-1所示的“结果”按钮，也能弹出如图7-2所示测量结果框。记录
或保存所测的结果值。多次测量后将测量值与样片上所标定的尺寸值相比较，观察测量值的重复性和它的测量误差。
（10） 注意在测量实验过程
中不能调整光学成像系统的焦距等参数，否则放大倍率的测量值将失去意义，随之产生较大的测量误差。
图7-1 打印结果
3、关机结束
（1）先退出实验程序，再关闭实验仪的电源； （2）关闭计算机系统； （3）关闭示波器电源； （4）关掉总电源。
（5）整理好所有的实验器材与工具。
五、实验总结
（1）写出尺寸测量实验的总结报告。 （2）试找出影响尺寸测量精度的因素。
（3）说明CCD的工作状态对尺寸测量结果的影响。
图7-2 测量结果数据框
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实验八 用线阵CCD测量物体的振动
一、实验目的
用线阵CCD测量物体的位移及其振动是另一项非常重要的应用领域，测量位移与振动的基本原理和方法在《图像传感器应用技术》12.7节已经详细的说明。
二、实验准备内容
1、学习CCD应用技术中有关振动测量的内容（《图像传感器应用技术》12.7节）。 2、了解用线阵CCD测量物体振动与位移的基本原理和方法，掌握振幅、频率、相位等参数测量的相关因素。 三、实验所需仪器设备
① YHLCCD－IV型彩色线阵CCD多功能实验仪一台； ② 装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机一台；
③ 带宽50MHz以上的双踪迹同步示波器一台； 四、用线阵CCD测量物体振动的原理
物体振动的测量常需要测量的振动参数为振幅、频率和相位。用线阵CCD测量这些参数测量原理结构图如图8-1所示。利用安装在成像物镜像面上的线阵CCD将被测物的振动过程中图像位置连续地采样，找出线阵CCD不同瞬间被测物体像的中心位置，显然，它是时间的函数W(t)，函数W(t)周期T的倒数为物体振动的频率f，其最大值与最小值差的一半应该为其振幅。可见如何采集物体像位置的函数W(t)是测量物体振动的关键。
线阵CCD在驱动脉冲的作用下周期性地输出每个像元所接收的光强信息，其周期为行同步脉冲Fc的周期，也为线阵CCD的积分时间ting。在同步脉冲Fc的周期内利用二值化数据采集方法或A/D数据采集方法总能够测出被测物体像中心位置在CCD像敏面上的位置，它便是时间的函数W(t)。而Fc的周期或ting为其采样的间隔时间相当于显示曲线作标架的横轴刻度，其纵轴坐标应为物体中心的位置值。因此，连续不断地采集物体位置图像中心的位置便可以获得函数W(t)，也便能够测出物体的振动状况。
YHLCCD－IV型彩色线阵CCD多功能实验仪设计了模拟物体振动的实验装置，它用电机驱动凸轮带动测量样片做往复的上下运动，相当于物体以一定的频率振动。安装有成像物镜的光学系统与线阵CCD构成如图8-1所示的基本测量结构，当启动电机使装置振动时，被测物（测量样片）将产生周期性的位移为W(t)，成像后在CCD感光面上的位移为W(t)，假设物镜的放大倍数为β，则
W(t)=βW(t)
由此可以测得被测物的振幅、频率和相位。
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五、实验内容及步骤
1. 实验内容
（1）测量模拟物（样片B）振动时的振动状态，画出振动的波形图； （2）计算出它的振动周期、振幅与初相位。
2. 实验步骤
（1） 首先将实验仪的数据端口和计算机USB端口用专用USB数据线缆连接好并合上YHLCCD－IV的主电源开关。
（2） 打开计算机电源，待系统完成启动后进入下一步操作。 （3） 确认已经正确安装实验仪软件。否则，请首先安装实验仪软件。
（4） 用示波器测量F1、F2、FC、RS、SP、CP各路脉冲信号的波形是否正确。如
果与附图3所示的波形基本相符，继续进行下面实验；否则，应请指导教师检查实验仪器。
3. 振动及位移的测量
（1） 打开实验仪的上盖板，将CCD相机旋转90度（松开右侧的禁锢螺丝，转动相机，使相机上的“红”点位于正上方）。将测量样片B的透光条水平插入振动测量片夹夹具中。
（2） 按下实验仪上的振动开关，启动振动装置，电机将带动样片B做垂直方向的运动（模拟振动）。
（3） 运行《振动测量实验》实验软件，弹出软件的界面，根据界面右下方的中文提示即可以进行振动实验。
（4） 调节镜头光圈、焦距和积分时间的设置，使CCD输出信号（输出幅度接近饱和，波形边沿陡直）满足测量要求。
（5） 按界面提示的内容完成光学系统放大倍率的计算；
（6） 设置“浮动阈值”为50，“采样数”为500（如图8-2所示），点击“开始” 采集按钮（如图8-3所示），数据采集便开始进行。
图 8-2 “浮动阈值”的设置
（7） 浮动阈值的设置软件界面（如图8-4 所示），用幅值的百分数设置浮动阈值。观察 振动波形适当地选取阈值后，便可以获得位 移曲线，所设数据点数采集完成后，软件将自动弹出测量结果数据表，表中示出物体振动的振幅与频率（或周期），记录振动幅度和周期。
图8-4浮动阈值的设置界面
图8-3 “开始”采集
（8） 观测振动的初相位，根据所划的振动曲线，很容易获得物体振动的初相位，通过观测初相位使学生对测量振动问题的认识，也使其更进一步认识初相位的概念。
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