基本信息
- 项目名称：
- 嵌入式的迈克尔逊干涉条纹智能处理系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本研究针对迈克尔逊干涉条纹自动计数的问题，设计了基于嵌入式系统的迈克尔逊干涉条纹智能处理系统。设计自动搜寻算法定位干涉条纹有效数据范围；结合数字图像处理技术，利用自适应中值扩散滤波算法有效地滤除噪声，提出了利用二阶差分算法计数干涉条纹。设计了激光波长测量、空气折射率测量等几种应用模型；设计了基于MCU的干涉仪微动滚轮智能控制模块；为适应物联网蓬勃发展的趋势，设计了远程控制的实用方案。
- 详细介绍：
- 基于现代工业高精度、大量程、智能化的新需求，设计方案采用了嵌入式系统平台，前端的数据采集由线阵CCD和A/D转换器完成。整个智能处理系统由以下4个模块组成： 1. 数据采集处理模块。对采集到的数据进行数字滤波、有效参考点定位、干涉条纹自动计数等。这种方法能将可动镜移动微距离的误差由传统的1/2光波波长降低到1/4光波波长。 2. 基于MCU的迈克尔逊干涉仪滚轮智能控制模块。本系统设计了该子系统来带动微动滚轮均匀转动，使得干涉环均匀地“冒出”或“淹没”，与传统的手动调节相比，系统工作更加稳定，计数更加准确。 3. 基于Internet的远程控制迈克尔逊干涉仪模块。通过Internet访问嵌入式系统平台并对迈克尔逊干涉仪进行相关的实验操作。远程控制使系统的应用更广泛，操作更方便。 4. 基于干涉条纹自动计数器的具体应用模型。为了验证干涉条纹计数器的有效性和稳定性，设计了激光波长测量和空气折射率测量的实际应用模型。实验表明，系统工作稳定可靠，测量结果精确。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 系统中主要涉及的技术关键点及创新点： 1.针对线阵CCD的特性，采用中值-扩散数字滤波算法处理图像。在消除噪声的同时，又能很好地保持了图像的边缘。滤波效果明显，有利于干涉条纹的精确计数。 2.提出了二阶差分算法计数迈克尔逊干涉条纹的新方法，提高了计数系统的稳定性和准确性。 3.采用嵌入式系统平台，不仅性能高，而且体积小巧，耗电量低，提高了系统的便携性和可移动性。 4. 设计了基于MCU的微动滚轮智能控制系统，利用步进电机精确控制微动滚轮的优点，避免了手工转动迈克尔逊干涉仪微动滚轮所造成的影响，使本系统更稳定、更可靠、智能化水平更高。 5.远程控制模块采用基于Internet的C/S的网络模式开发方式。远程用户仅仅通过客户端软件即可控制迈克尔逊干涉仪进行相关的实验。远程控制不仅扩大新型计数系统的应用范围，而且操作更加方便。
科学性、先进性
- 1.本设计提出了一种结合数字图像处理技术的全新计数方法，即采用中值扩散数字滤波消噪、自动定位有效数据、二阶差分算法计数干涉条纹。 2.采用了嵌入式系统平台。目前已有的计数器都是基于PC机或者MCU的，PC机面临着可移动差的问题，MCU则因系统资源短缺而无法实现系统功能的多样化。而嵌入式系统平台不仅性能高，而且体积小巧，耗电量低，可移动性好，更加有利于产品化。 3.采用C/S体系结构开发虚拟实验室，体现了用户共享、用户参与管理的特性，更好地平衡了服务器与客户机之间的负荷，同时也扩大了计数器的应用范围。 4.为满足实际应用模型的需求，设计的滚轮智能控制模块以单片机作为控制器，利用步进电机精确地控制干涉仪微动滚轮的转动，与传统的手工滚动相比，更加稳定可靠，智能化水平高。
获奖情况及鉴定结果
- 在广东外语外贸大学获得挑战杯学术作品竞赛特等奖，在广东省获得挑战杯二等奖
作品所处阶段
- 实验阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统应用面广，既可用于对物理实验传统仪器的改造，也可用于工业、建筑业等方面的高精度微距离测量。具有使用方便、精度高、可随时随地进行测量等优点，具有良好的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 光干涉测量技术在工程和科学领域占据举足轻重的地位。其中，基于迈克尔逊干涉仪的应用非常广泛。不管将迈克尔逊干涉仪应用于哪个方面的测量，其首要的任务都是准确地计算出干涉环的变化环数。然而目前市场上缺少与传统迈克尔逊仪配套的干涉条纹计数器，而已有的未产品化的计数器的稳定性和精确性都有待提高。 本设计方案中，干涉条纹自动计数是重点，也是国内外研究的热点。借鉴国内外对条纹自动计数的研究经验，提出了一种新型的基于嵌入式系统平台的干涉条纹自动计数器。 目前，大部分研究人员开发的迈克尔逊干涉条纹计数器基于PC机或单片机，PC机的可移动性较差且不利于产品化，而单片机则因系统资源少和运算速度差等缺点而远不能满足实现系统功能的多样化。针对以上平台的不足之处，本研究设计了基于嵌入式系统平台的干涉条纹计数器，经实验验证，该系统的环境适应能力强，可移动性好，系统功能丰富，稳定且精度高，抗干扰强。从技术平台的角度上看，本设计也是站在技术前沿的。 国外的一些大学，比如英国的剑桥大学、美国的斯坦福、新加坡国立大学以及国内的清华大学等都已经开展了网络虚拟仪器实验室方面的研究，并取得一定的进展。由此可见，虚拟实验已经成为高校实验的重要组成部分。然而，远程控制应用于迈克尔逊干涉仪的研究尚未见文献报道。本文提出的通过远程控制迈克尔逊干涉仪的研究为往后虚拟仪器实验的研究提供了一个可供参考的成功案例。 另外，传统的迈克尔逊干涉仪微动滚轮的转动方法是依靠手工转动，当实验次数较多时，容易造成肌肉疲劳和测量误差，影响计数的准确性。本研究开发的基于MCU的智能滚轮控制模块不仅使得系统更具智能性，而且使计数更加精确。
