基于ARM的一体化白光干涉测试仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于ARM的一体化白光干涉测试仪，属于光纤端面测量仪技术领域。所述的基于ARM的一体化白光干涉测试仪，包括图像采集单元、图像处理单元、运动控制单元和人机交互单元；图像采集单元包括光源、聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜、分光棱镜、参考镜、显微物镜和CCD工业相机；运动控制单元包括手动对焦位移台、X轴直线电机驱动板、Y轴直线电机驱动板、Z轴压电陶瓷位移台、Z轴压电陶瓷驱动板；人机交互单元包括触摸屏；图像处理单元包括微处理器、存储模块、通信接口、显示模块、调试模块和电源模块。本发明专利技术采用ARM处理器，触摸屏作为人机交互界面，具有体积小、成本低、人机交互友好、运算速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤端面测量仪
，涉及一种基于ARM的一体化白光干涉测试仪。
技术介绍
光纤端面测量仪是基于白光干涉的原理，利用相位移动从而实现光纤端面干涉条纹的变化。光纤端面测试仪可以非接触的精确、快速的测量光纤表面形貌。作为光信号的传输介质，光纤端面形态直接影响光信号在光纤中的传输性能，因此光纤端面测量对端面形态的测量在光纤传感和传输中至关重要。由于光纤端面测量仪能够满足光纤在生产、应用过程中在线测试需求，因此能够广泛应用于大功率激光器、军用光电子器件、光纤电流传感器等高精尖科技领域。光纤端面测量仪在干涉测量的过程中，通过相移器来改变参考光束和测试光束之间的光程差，同时采集若干幅干涉图，然后对干涉图进行求解得到光纤端面的高度。数字图像处理是指借助数字计算机处理数字图像，以改善图示信息便于人们解释或机器理解。一幅数字图像是在空间坐标和亮度上都离散化的图像f(x,y)，它可以用一个2维整数数组来表示。数字图像处理技术具有丰富的内容，它可以通过增加图像的反差以增强图像的质量，这称为图像增强；可以用尽可能少的比特来表达图像，这称为图像压缩；可以以客观的方式改进图像，这称为图像恢复；可以提取图像的某些特性来辨识图像的内容，这称为特征提取。数字图像处理具有处理精度高、再现性好、成本低和适用面广等特点，广泛地应用在各种各样的
中。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统的对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。一个完整的嵌入式系统主要由硬件体系、软件程序两大部分组成。嵌入硬件体系的核心是微处理器，还有存储器、各类接口、测控电路等组成部分。软件程序包括操作系统和应用程序两大部分。嵌入式系统中常用的操作系统有VxWorks、WinCE和Linux等，其中Linux系统凭借内核可裁剪、源代码开放、移植性好、驱动丰富、系统安全性高和强大的技术支持等优势在嵌入式系统开发中得到广泛的应用。应用程序实现具体的目标系统功能，通常构建在某一实时操作系统之上。除了要实时实现测量和控制的功能外，应用程序还要有良好的人机交互界面。Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，它完全面向对象，很容易扩展，并且允许真正的组件编程，是常用的Linux嵌入式系统GUI开发工具。ARM微处理器由英国的ARM公司设计并提供知识产权，是世界上许多著名的半导体、软件和原始设备制造商基于ARM架构生产的通用芯片。目前ARM在手持设备市场占有90％以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。ARM微处理器一般都具有体积小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特点，它支持ARM(32位)/Thumb(16位)双指令集，其内部硬件资源的性能较高，可以加载实时操作系统，能够运行界面和应用程序，具有高速的处理和计算能力，完全能够胜任一般的数字图像采集和处理需求，非常适合应用于图像处理系统。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于ARM的一体化白光干涉测试仪，可以实现快速准确的光纤端面形态的在线检测。所述的基于ARM的一体化白光干涉测试仪，包括图像采集单元、图像处理单元、运动控制单元和人机交互单元。图像采集单元包括光源、聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜、分光棱镜、参考镜、显微物镜和CCD工业相机；光源发出的白光依次经过聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜到达分光棱镜得到两束光，其中一束光会到达待测光纤端面，另一束光到达参考镜，两束光经待测光纤端面和参考镜反射后同时到达显微物镜，最后到达CCD工业相机成像。运动控制单元包括手动对焦位移台、X轴直线电机驱动板、Y轴直线电机驱动板、带动参考镜做Z轴水平位移的Z轴压电陶瓷位移台、Z轴压电陶瓷驱动板；待测光纤固定在手动对焦位移台上，通过调节手动对焦位移台使被测光纤端面成清晰的像，通过向X轴、Y轴直线电机驱动板发送指令驱动直线电机，从而实现参考镜在X轴、Y轴方向的移动，通过向Z轴压电陶瓷驱动板发送指令控制参考镜做水平扫描移动，配合CCD工业相机采集干涉图像。人机交互单元包括触摸屏；Z轴压电陶瓷驱动板控制Z轴压电陶瓷位移台伸长从而带动参考镜做水平扫描移动，每移动一步，CCD工业相机采集一幅干涉图像通过网口传输给图像处理单元，图像处理单元计算被测光纤端面相对高度及表面粗糙度，实现端面形态在线检测。图像处理单元包括微处理器、存储模块、通信接口、显示模块、调试模块和电源模块；微处理器采用ARM处理器，计算待测光纤端面相对高度；存储模块对数据进行存储；通信接口包括网口、SPI通信接口和USB接口，网口与CCD工业相机相连，SPI通信接口与Z轴压电陶瓷驱动板连接，用于发送运动指令，显示模块通过LCD接口与电容触摸屏连接；调试模块采用JTAG接口；电源模块采用直流电源供电。本专利技术的优点在于：采用ARM处理器，触摸屏作为人机交互界面，具有体积小、成本低、人机交互友好、运算速度快的优点。附图说明图1是本专利技术的基于ARM的一体化白光干涉测试仪的结构示意图；图2是以ARM芯片为核心的图像处理单元的结构示意图；图3是端面形态检测过程中采集到的保偏光纤端面干涉图像；图4是本专利技术的一体化白光干涉端面形态在线检测流程图。图中：1-图像处理单元；2-触摸屏；3-鼠标；4-键盘；5-光源；6-聚光镜；7-准直扩束镜；8-分光棱镜；9-待测光纤；10-参考镜；11-Z轴压电陶瓷位移台；12-CCD工业相机；13-X轴直线电机驱动板；14-Y轴直线电机驱动板；15-Z轴压电陶瓷驱动板；16-手动对焦位移台；17-孔径光阑；18-直流电源；19-显微物镜。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，首先给出坐标轴定义如下：图1为俯视图，Z轴方向与光源方向一致(即图中上下方向)，X轴方向与光纤方向一致(即图中左右方向)，Y轴方向与俯视方向一致(即图中里外方向)。基于ARM的一体化白光干涉测试仪，包括图像采集单元、图像处理单元1、运动控制单元和人机交互单元。图像采集单元包括光源5、聚光镜6、孔径光阑17、准直扩束镜7、分光棱镜8、参考镜10、显微物镜19和CCD工业相机12。所述的光源5为白光光源。光源5发射的白光依次经过聚光镜6、孔径光阑17、准直扩束镜7到达分光棱镜8，分光棱镜8将白光分为两束光，其中一束光会到达待测光纤9端面，另一束光到达参考镜10，分别经待测光纤9端面和参考镜10反射后，两束反射光同时到达显微物镜19，最后到达CCD工业相机12成像。当两束反射光发生干涉时，各波长光产生的干涉条纹叠加后形成白光干涉条纹，如图3所示。所述的参考镜10固定在Z轴压电陶瓷位移台11上，Z轴压电陶瓷位移台11带动参考镜10移动时，干涉条纹会发生变化。如图2所示，图像处理单元1包括微处理器、存储模块、通信接口、显示模块、调试模块和电源模块；微处理器采用采用Cortex-A9系列ARM处理器芯片，计算待测光纤9端面的相对高度。微处理器存储模块采用DDR3作为RAM内存，eMMC作为FLASH存储；通信接口包括1个网口、1个SPI通信接口和2个USB接口，网口与CCD工业相机12连接，CCD工业相机12采用嵌入式Linux专用驱动采集图像；SPI通信接口与Z轴压电陶瓷驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ARM的一体化白光干涉测试仪，其特征在于：包括图像采集单元、图像处理单元、运动控制单元和人机交互单元；图像采集单元包括光源、聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜、分光棱镜、参考镜、显微物镜和CCD工业相机；光源发出的白光依次经过聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜到达分光棱镜得到两束光，其中一束光会到达待测光纤端面，另一束光到达参考镜，两束光经待测光纤端面和参考镜反射后同时到达显微物镜，最后到达CCD工业相机成像；运动控制单元包括手动对焦位移台、X轴直线电机驱动板、Y轴直线电机驱动板、Z轴压电陶瓷位移台、Z轴压电陶瓷驱动板；待测光纤固定在手动对焦位移台上，通过调节手动对焦位移台使被测光纤端面成清晰的像；通过向X轴直线电机驱动板、Y轴直线电机驱动板发送指令驱动直线电机，从而实现参考镜在X轴、Y轴方向的移动，通过向Z轴压电陶瓷驱动板发送指令控制参考镜做水平扫描移动，配合CCD工业相机采集干涉图像；人机交互单元包括触摸屏；图像处理单元包括微处理器、存储模块、通信接口、显示模块、调试模块和电源模块；微处理器采用ARM处理器，计算待测光纤端面相对高度；存储模块对数据进行存储；通信接口包括网口、SPI通信接口和USB接口，网口与CCD工业相机相连，SPI通信接口与Z轴压电陶瓷驱动板连接，用于发送运动指令，显示模块通过LCD接口与电容触摸屏连接；调试模块采用JTAG接口；电源模块采用直流电源供电。...

【技术特征摘要】
1.基于ARM的一体化白光干涉测试仪，其特征在于：包括图像采集单元、图像处理单元、运动控制单元和人机交互单元；图像采集单元包括光源、聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜、分光棱镜、参考镜、显微物镜和CCD工业相机；光源发出的白光依次经过聚光镜、孔径光阑、准直扩束镜到达分光棱镜得到两束光，其中一束光会到达待测光纤端面，另一束光到达参考镜，两束光经待测光纤端面和参考镜反射后同时到达显微物镜，最后到达CCD工业相机成像；运动控制单元包括手动对焦位移台、X轴直线电机驱动板、Y轴直线电机驱动板、Z轴压电陶瓷位移台、Z轴压电陶瓷驱动板；待测光纤固定在手动对焦位移台上，通过调节手动对焦位移台使被测光纤端面成清晰的像；通过向X轴直线电机驱动板、Y轴直线电机驱动板发送指令驱动直线电机，从而实现参考镜在X轴、Y轴方向的移动，通过向Z轴压电陶瓷驱动板发送指令控制参考镜做水平扫描移动，配合CCD工业相机采集干涉图像；人机交互单元包括触摸屏；图像处理单元包括微处理器、存储模块、通信接口、显示模块、调试模块和电源模块；微处理器采用ARM处理器，计算待测光纤端面相对高度；存储模块对数据进行存储；通信接口包括网口、SPI通信接口和US...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧鹏，吴嘉宝，谭朦曦，朱伟伟，郑晓，宋凝芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11