基于FPGA的CCD高温计硬件系统设计
发布时间：2021-09-22 16:23
在冶金、能源等很多工业生产领域,温度检测常是保证产品质量和生产过程安全的一个重要手段,然而由于现场安装空间的限制以及设备运动等客观条件的存在,传统的接触式测温很难实现在线温度测量。而基于CCD高温计的非接触式测温由于具有非侵入性、响应快、可提供高分辨率面温度场等优点,目前被广泛应用于高温测量领域。本文正是从这一角度切入,首先对国内外一些测温系统中所使用的方法和应用效果进行了调研,对比了不同测温方法的优缺点,介绍了辐射测温法在温度测量方面的优势,并在此基础上,取得了以下研究成果:1.基于CCD单光谱辐射测温模型确立了以FPGA和CCD为核心的测温系统硬件方案:CCD传感器模块采用AD9923A芯片对其进行时序配置和驱动,并采用FIFO原则和乒乓缓存设计思路,将图像写入外部SDRAM中;基于测温模型得到温度—灰度映射表,将其移植到FPGA内部,从而测温系统可直接通过查表方式来快速获取温度数据;基于UDP协议,将图像数据和温度数据按照特定格式进行打包,采用千兆网将数据传输至上位机,供上位机软件系统解析。2.结合测温系统硬件方案,对系统硬件进行了设计:将板级设计分成了三部分,CCD传感器模块及...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOS结构图
第二章基于CCD和FPGA的测温系统原理7时，势井深度越大，所能收集的信号电荷越多。如图2.2（b）所示，当光照产生信号电荷后，会被收集到势井中，而势井深度会相应的变浅。如图2.2（c）所示，当势井被填满时，信号电荷会溢出。（a）（b）（c）图2.2电荷存储过程Fig2.2Chargestorageprocess（3）电荷转移信号电荷被存储后，会进行电荷转移，转移的控制过程与步进电机很类似，以三项转移方式为例，如图2.3所示为电荷转移过程。（a）（b）（c）图2.3电荷转移过程Fig2.3Chargetransferprocess为了方便电荷信号转移，CCD的每个像元都由三个电极组成，并给电极输入三项交叠的脉冲信号，初始状态三个电极中仅有一个电极φ3为高压，另外两个电极为低压，信号电荷主要集中在高压下面的势井中，如图中2.3（a）中所示。当三个电极电压变为2.3（b）中所示时，由于φ2和φ3均为高电压，原本集中在φ3的信号电荷会向φ2的下方移动一部分使二者点和保持稳定。当三个电极电压变为
电荷转移过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温测量及其校准技术研究现状与发展趋势[J]. 郝晓剑,张志杰,周汉昌. 中北大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]基于光电探测的多光谱测温装置[J]. 张磊,陈绍武,赵海川,王平,武俊杰. 中国光学. 2019(02)
[3]FPGA芯片设计及其应用[J]. 田雨晨. 数字通信世界. 2019(04)
[4]弹药爆炸火焰温度多光谱测温技术研究[J]. 占春连,韩军,路绍军,卢飞,曹盼,王佳. 计测技术. 2018(06)
[5]蓝宝石光纤高温测量技术进展[J]. 王楠楠,师钰璋,王高,周汉昌,熊季军,梁海坚,刘争光. 计测技术. 2018(06)
[6]铝合金热成形过程温度多光谱测温技术研究[J]. 李喜东,朱明清,戴维. 自动化技术与应用. 2018(12)
[7]基于红外CCD的钢水红外测温模型分析[J]. 杨友良,刘爱旭,马翠红,连畅. 激光技术. 2018(04)
[8]基于CCD的高炉火焰温度测量系统的设计[J]. 闫俊红,张建宇,李忠虎. 铸造技术. 2015(08)
[9]基于单片机的H62银钎焊温度控制系统的设计[J]. 刘小群,段旭朝,李中一. 热加工工艺. 2013(15)
[10]基于FPGA的异步FIFO的研究和设计[J]. 程光伟,刘大伟. 工业仪表与自动化装置. 2013(02)
博士论文
[1]高速高精度CCD模拟前端电路的研究[D]. 庄浩宇.西安电子科技大学 2017
[2]连铸坯表面温度场图像测温仪的研制与应用[D]. 白海城.东北大学 2013
硕士论文
[1]基于FPGA的GigE高速图像采集及处理系统的研究与应用[D]. 何昌鸿.东华理工大学 2019
[2]基于辐射测温理论的比色测温仪的研究[D]. 王磊.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于FPGA的无人机图像传输SoC芯片验证平台研究[D]. 张来富.西安电子科技大学 2019
[4]基于FPGA的线阵CCD图像采集与处理系统设计[D]. 沈飘海.湖北工业大学 2017
[5]温压药剂爆炸高温场特性红外测试技术研究[D]. 田培培.中北大学 2016
[6]基于CCD摄像机的高温目标测温系统研究[D]. 毛尹航.哈尔滨理工大学 2016
[7]主机和从机模式下的CCD工业相机的设计与研究[D]. 黄超凡.浙江大学 2015
[8]基于FPGA的高速网络接口逻辑实现[D]. 姚迪.哈尔滨工程大学 2014
[9]CCD编码曝光相机的设计[D]. 郭林鑫.大连理工大学 2013
本文编号：3404047
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOS结构图
第二章基于CCD和FPGA的测温系统原理7时，势井深度越大，所能收集的信号电荷越多。如图2.2（b）所示，当光照产生信号电荷后，会被收集到势井中，而势井深度会相应的变浅。如图2.2（c）所示，当势井被填满时，信号电荷会溢出。（a）（b）（c）图2.2电荷存储过程Fig2.2Chargestorageprocess（3）电荷转移信号电荷被存储后，会进行电荷转移，转移的控制过程与步进电机很类似，以三项转移方式为例，如图2.3所示为电荷转移过程。（a）（b）（c）图2.3电荷转移过程Fig2.3Chargetransferprocess为了方便电荷信号转移，CCD的每个像元都由三个电极组成，并给电极输入三项交叠的脉冲信号，初始状态三个电极中仅有一个电极φ3为高压，另外两个电极为低压，信号电荷主要集中在高压下面的势井中，如图中2.3（a）中所示。当三个电极电压变为2.3（b）中所示时，由于φ2和φ3均为高电压，原本集中在φ3的信号电荷会向φ2的下方移动一部分使二者点和保持稳定。当三个电极电压变为
电荷转移过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温测量及其校准技术研究现状与发展趋势[J]. 郝晓剑,张志杰,周汉昌. 中北大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]基于光电探测的多光谱测温装置[J]. 张磊,陈绍武,赵海川,王平,武俊杰. 中国光学. 2019(02)
[3]FPGA芯片设计及其应用[J]. 田雨晨. 数字通信世界. 2019(04)
[4]弹药爆炸火焰温度多光谱测温技术研究[J]. 占春连,韩军,路绍军,卢飞,曹盼,王佳. 计测技术. 2018(06)
[5]蓝宝石光纤高温测量技术进展[J]. 王楠楠,师钰璋,王高,周汉昌,熊季军,梁海坚,刘争光. 计测技术. 2018(06)
[6]铝合金热成形过程温度多光谱测温技术研究[J]. 李喜东,朱明清,戴维. 自动化技术与应用. 2018(12)
[7]基于红外CCD的钢水红外测温模型分析[J]. 杨友良,刘爱旭,马翠红,连畅. 激光技术. 2018(04)
[8]基于CCD的高炉火焰温度测量系统的设计[J]. 闫俊红,张建宇,李忠虎. 铸造技术. 2015(08)
[9]基于单片机的H62银钎焊温度控制系统的设计[J]. 刘小群,段旭朝,李中一. 热加工工艺. 2013(15)
[10]基于FPGA的异步FIFO的研究和设计[J]. 程光伟,刘大伟. 工业仪表与自动化装置. 2013(02)
博士论文
[1]高速高精度CCD模拟前端电路的研究[D]. 庄浩宇.西安电子科技大学 2017
[2]连铸坯表面温度场图像测温仪的研制与应用[D]. 白海城.东北大学 2013
硕士论文
[1]基于FPGA的GigE高速图像采集及处理系统的研究与应用[D]. 何昌鸿.东华理工大学 2019
[2]基于辐射测温理论的比色测温仪的研究[D]. 王磊.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于FPGA的无人机图像传输SoC芯片验证平台研究[D]. 张来富.西安电子科技大学 2019
[4]基于FPGA的线阵CCD图像采集与处理系统设计[D]. 沈飘海.湖北工业大学 2017
[5]温压药剂爆炸高温场特性红外测试技术研究[D]. 田培培.中北大学 2016
[6]基于CCD摄像机的高温目标测温系统研究[D]. 毛尹航.哈尔滨理工大学 2016
[7]主机和从机模式下的CCD工业相机的设计与研究[D]. 黄超凡.浙江大学 2015
[8]基于FPGA的高速网络接口逻辑实现[D]. 姚迪.哈尔滨工程大学 2014
[9]CCD编码曝光相机的设计[D]. 郭林鑫.大连理工大学 2013
本文编号：3404047
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