鍍鋅生產(chǎn)過程中的帶鋼振動直接影響鋅層厚度及均勻性，既降低產(chǎn)品質(zhì)量，又導(dǎo)致鋅液過度消耗，增加生產(chǎn)成本。無論是通過尋找振源從根本上消除振動，還是通過電磁鐵等進行主動減振，都離不開振動的檢測。為了保護帶鋼表面，不能采用任何接觸式振動檢測手段。目前比較常用的檢測方案包括渦流探頭和光學探頭兩類，前者為了達到所需要的量程，必須采用大直徑的探頭，系統(tǒng)造價頗高；后者在多截面測量時又存在多探頭數(shù)據(jù)的同步問題。

　　探索切實可行的光學檢測方案具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。本文介紹的方案以激光三角法測距原理為基礎(chǔ)，通過RS485總線廣播同步觸發(fā)信號，實現(xiàn)了多截面振動的同步測量。

　　1 多截面振動檢測系統(tǒng)總體方案

　　1．1 帶鋼整體振動檢測方案圖1所示為鍍鋅生產(chǎn)線簡圖，要檢測帶鋼的整體振動情況，必須檢測多個截面的振動情況，具體取決于帶鋼振動的模式，以及允許布置探頭的位置。圖2所示為通過3個截面對帶鋼振動進行檢測的系統(tǒng)方案，圖中3段帶鋼表示的是同一條帶鋼上的3個部分。每個截面上通過激光器均勻的投射出5個等間的光斑，每個攝像頭的視野必須覆蓋它所對應(yīng)的5個光斑，通過攝像機鏡頭后，這5個光斑在感光器件上成像，如果鋼帶振動，像的位置就會相應(yīng)變化，每個光斑像的位移與帶鋼振動的對應(yīng)關(guān)系可以通過三角法簡單確定。圖3所示為垂直于帶鋼且通過5個光斑的某個水平截面的光路圖。

　　這里以中心光斑為例，假設(shè)其與鏡頭的距離為a，鏡頭與感光器件的距離為b，感光器件的法線與帶鋼成45°夾角，當帶鋼在中心光斑處產(chǎn)生位移e時，其在平行于感光元件的方向的投影為e．cos45°，在感光元件上產(chǎn)生的位移為：

　　e＇=（ecos α）b／a

　　當α=45°時，

　　e＇=0．707eb／a （1）

　　由式（1）可見，采用較大的α值，對于相同的e可以得到更大的e＇值，但是各個光斑成像差異變大，且攝像機不容易聚焦，通常取α=45°。

　　對上式簡單變換即可得到

　　e=（1．414a／b）e＇ （2）

　　通過式（2）即可根據(jù)光斑像的位置變化計算對應(yīng)光斑處的帶鋼振動。

　　對千其他4個光斑，可以做相同的分析，但各個光斑的a值和α不同，當a較大時，各個光斑對應(yīng)的α近似相同，5個光斑處的帶鋼振動均可近似采用上述同一個公式計算。

　　同樣道理，可以得到每個測量截面處的帶鋼振動情況，但如果各個界面分別獨立測量，則無法據(jù)此分析帶鋼的整體振動，因此必須采用各截面同步采集方案。

　　1．2 視頻采集模塊設(shè)計

　　為了有效檢測帶鋼振動，視頻采集模塊必須滿足時間分辨率和空間分辨率要求。所謂時間分辨率要求即攝像頭的幀速率與帶鋼振動頻率相比必須滿足采樣定理，通常帶鋼振動頻率僅3～5 Hz，因此采用幀速率為10幀／秒以上的攝像頭均可滿足要求；所謂空間分辨率要求即感光器件上相鄰像素間距所對應(yīng)的帶鋼振動位移是否滿足檢測需求，這與a、b、α均相關(guān)。實際系統(tǒng)中，往往采用可調(diào)焦距攝像頭，通過選擇合適的焦距，讓感光元件在寬度上覆蓋整個帶鋼寬度，當然可以捕獲5個光斑的影像。假設(shè)帶鋼寬度為1 100mm，5個光斑等間隔分布在寬度為1000 mm的范圍內(nèi)，感光元件每行有效像素為720，考慮到兩端留有一定余量，假設(shè)5個光斑對應(yīng)的有效像素數(shù)量為700，即感光元件上的相鄰光斑像間隔為140像素，那么相鄰兩個像素對應(yīng)的帶鋼振動位移可以通過計算得到，其值約為1mm，即該系統(tǒng)的空間分辨率為1mm?？梢姺直媛什桓?，但由于帶鋼振動幅度較大，通?？蛇_10mm以上，因此對于分析振動規(guī)律，還是能夠滿足要求的。

　　實驗所采用的攝像頭感光元件為130萬像素的OV9650數(shù)字圖像傳感器，其最高分辨率可達1280x1024，其中有十位的數(shù)據(jù)接口用于數(shù)據(jù)傳輸，還有標準的SCCB接口用于實現(xiàn)對攝像頭中寄存器的初始化。

　　視頻采集模塊的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。ARM平臺通過RS485接口接收同步廣播信號，啟動并獲取OV9650攝像頭的數(shù)字輸出，最后通過TCP／ IP協(xié)議上傳到主控計算機。