摘 要

多年来实现对木材尺寸的有效快速测量，一直是木材生产和加工的关键，国内外都有很多有意义的尝试，所以本文结合我校林业科学的背景，探讨利用计算机技术和现代传感器技术来来研究和实现对木材的自动化快速测量有着重要的意义。

本论文研究的 基于线阵CCD(Charge Coupled Devices)的板材宽度测量系统，充分体现了CCD的非接触检测的特性。 通过线阵CCD捕获板材的一维图像，借助ADA11GH–PCI采集卡在计算机中获得CCD捕获的图像的数字化结果，通过校准获得图像像素和板材宽度的比例关系，从而通过计算机处理获得板材的物理尺寸结果。同时根据国家对板材测量的要求，结合光电门来控制采集的过程，在所需测量的位置进行CCD数据采集，获得板材的标准数据。之后再借助Visual C 程序开发技术，编写出一个计算机软件，能够控制和记录整个的采集过程，图像化的显示采集到的数据，并进行处理和二值化，最后得到板材的尺寸信息并显示出来。

关键词： 线阵CCD；光电门；数据采集；Visual C

Summary

For recent years, fast and accuracy are always the key to the measurement of wood board, a lot of science workers has done a lot of work on this, As Nanjing Forestry University is a forestry-oriented university , it is meaningful for us to study on wood board auto-measuring system with computer science and modern sensor technology.

This study on Wood Board Auto-measuring System with a Liner CCD (Charge Coupled Devices) is a typical example of its using in non-contact measurement, Capture the one-dimensional image of the wood board through the CCD device, then using ADA11GH–PCI card to get the digital signal of the wood board in computer. Then we try to find a ratio between the pixel and the width by a particular case. So we will know the width of the board through the digital signal. According to the national regulation to wood board measurement, we use a photo-gate to control the process of the acquisition. After that we write a software using Visual C , in this software we can control and record the whole process, visualize the data from CCD device. We binaryzation and deal with the data. At the end we get the size of the board and display the result on the software.

Key Words: Liner CCD; Photo-Gate; Data Acquisition;Visual C

目录

摘要 1

前言 4

第一章、CCD器件的工作原理及采集卡的应用 5

1.1 CCD的简介 5

1.2 电荷耦合器件的结构 5

1.3 电荷耦合器件CCD的工作原理 7

1.3.1 电荷耦合 8

1.3.2 电荷的注入 10

1.3.3 电荷的检测 12

1.3.4 TCD1206UD CCD传感器 13

1.4 ADA11GH-PCI数据采集卡 15

第二章、光电开关的工作原理及采集卡的应用 17

2.1 光电开关 17

2.2 结构和工作原理 19

2.3 AC6610采集卡信息 19

2.3.1 AC6610板简介 19

2.3.2 性能参数： 20

第三章、板材测量的光路及过程设计 21

3.1 CCD测量的光路设计 22

3.2 板材测量系统的过程设计 23

第四章、基于Visual C 的采集程序的实现和编写 25

4.1 程序设计的准备 25

4.2 程序编写的过程 26

4.2.1 采集卡的控制实现 26

4.2.2 光电门控制 29

4.2.3 采集控制 31

4.2.4 波形显示和结果显示 31

4.2.5 结果的保存 32

4.3 程序的编写 32

4.3.1 新建对话框项目 32

4.3.2 程序的资源清单 36

第五章、系统调试和误差分析 38

5.1 系统调试 38

5.2 误差分析 41

总结 42

致谢 43

参考文献 44

附录 45

前言

在木材制造和加工工业中，木材尺寸测量在很长时间内都采用人工测量的方法，因此测量的准确性不仅收到测量器材和实际测量环境的影响，同时受人为因素的影响也很大。针对于木材尺寸的测量，除人工测量外，还有视觉平面测量、激光扫描、平面镜反射、抛物镜聚焦、光电管接收等方法。但这些方法在测量过程中，有的对人的依赖性仍然较大，有的测量装置有很高的复杂度，对精密度要求较高，这些方法得到的测量结果的准确度难于得到保证，测量的效率没有得到很多的提高。

随着木材制造加工工业向自动化、信息化的方向发展，非接触式的板材测量仪正在成为制材厂、贮木厂、造纸厂的关键设备，在这样的背景下采用先进的方法特别是融合新的传感器、光电技术和计算机等技术，研制出快速、精确、实时、可靠的木材几何尺寸自动检测系统，就变得越来越受到重视。针对这个问题，本课题选取了结合现代传感器技术、光电技术和计算机技术的CCD木材几何尺寸自动检测系统作为研究对象，从理论和基本实践的层面上对实现的方法和可能性进行探究。

本文主要分为七个部分，第一个部分是CCD器件的工作原理及采集卡的应用，这个部分主要介绍线阵CCD的工作原理和数据采集卡的基本功能和内容。第二个部分是光电门器件的工作原理及采集卡的应用，主要讲的是光电门的原理和光电门信号采集卡的基本功能和内容。第三个部分是CCD采集的光路分析和设计，对CCD采集光路的分析和设计。第四个部分是板材宽度测量的过程设计，对照国家对板材尺寸测量的要求，设置合理的测量过程。第五个部分是基于Visual C 的采集程序的编写和实现，这个部分主要实现的是CCD信号的程序处理和结果显示，同时要能够对所用的CCD器件和光电门器件进行合理的控制。第六个部分是误差分析和系统调试，在系统的功能基本实现和完成后，要对系统的整体性能进行测试，并对采集到的数据和实际数据进行对比和分析，寻找误差发生的地方和原因。最后一个部分是总结部分，是对整个系统的设计和研究的完成度的总的评价，对整个过程的一个总结。

因本人的能力和客观条件有限，在此次的系统设计的过程中难免有失误和不足，希望各位老师批评指正。

第一章、CCD器件的工作原理及采集卡的应用

1.1 CCD的简介

CCD（Charge Coupled Devices）^[5]电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。它是由美国贝尔电话实验室的W•S•Boyle和G•E•Smith于1970年首先提出的，在经过一段时间的研究后，建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD理论。近些年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域。目前CCD应用技术已成为集光学，电子学，精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，在现代光子学、光电检测技术和现代测试技术领域中成果累累，方兴未艾。