一、引言
由于CCD具有尺寸小，重量轻、功耗低、超低噪声，动态范围较大，线性好，光计量准确、光谱响应范围宽，几何结构稳定，工作可靠和耐用等优点。因而，在工件尺寸测量，工件表面质量检测，物体膨胀系数检测以及图象传感，摄像机，智能传感器等方面得到了广泛的应用。本文则讨论利用CCD作为图象传感器结合光学技术对物体的重量进行测量。目前，对物体的重量进行测量主要依据两种基本原理。一是利用力学中的杠杆平衡原理，二是利用各种传感器将物体的重量信息转化成电信号，再对此电信号进行分析处理提取该物体的重量信息。前者适用范围广，即可测出从非常轻到非常重的物体的重量，并且是一种经济的方法，但测量精度有限和需人工完成。因此这种方法无法达到实时动态测量。后者由于采用了传感器，这就有利于利用电子装置来对重量信息进行分析、计算，以及结果的显示。但是很多传感器受到动态范围的限制。本文则从光学技术角度结合力学原理利用CCD传感实现了对重物的动态实时测量。

二、测量原理
CCD对物体进行测量的原理如图1所示。平面镜的转动支点为O，且垂线OW交透镜轴为W点。W点位于f′﹙焦距﹚与2f′之间。当没有测量物体时，平面镜与激光束的交角为θ。CCD放在透镜的右边，它和透镜中心的距离为f′,这样便于计算y′。
下面分析其原理并导出测量公式。
1、被测物体在弹簧上产生形变。设物重为G，弹簧的弹性系数为k，形变为x，根据虎克定律：

则 G=kx （1）
2、将弹簧形变反映为平面镜的转角变化θ

图1 测量原理图
3、半导体激光器发出的连续平行激光，入射到平面反射镜上，平面镜不同位置对应于不同反射光线。反射光线聚集到CCD上，如图1所示，利用副光轴的作图法，不难得出下面关系式：

yˊ=fˊtg2θ （2）
其中yˊ代表CCD上的光点到光轴的距离。fˊ代表透镜的焦距，θ代表平面反射镜的转角。由此可见如果能够通过CCD快速准确地获得yˊ，那么通过求反函数就可以求得θ
下面推导测物体重量G的公式，也就是要导出G与yˊ关系式。
其中l为弹簧原长，h为平面镜固定点距水平位置的高度，φ为平面镜处于平衡位置时与垂直方向的夹角。s为弹簧到平面镜固定点O水平方向上的距离。由图1可知：    （3）
利用相似三角形比例公式有：    （4）

又    （5）

由（3）、（4）、（5）得    （6）

由公式（2）、（6）得    （7）

将式（7）代入式（1）得    （8）

三、系统设计

图2 系统原理图
如图2所示本系统的工作原理：CCD图像传感器把光信号转变为电信号。在A/D转换器中，将CCD产生的电信号转换为数字信号，并传输到图象存储单元。DSP通过对数字信号进行处理，最后输出结果。