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）
　　将弹簧形变反映为平面镜的转角变化θ。

　　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，不难得出如式（2）所示的关系：

　　其中，y′代表CCD上的光点到光轴的距离。f′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y′，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y′的关系式。

　将式（7）代入式（1）得　　


　　3　系统设计


　　图2所示是本系统的工作原理：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，并传输到图像存储单元。DSP通过对数字信号进行处理，最后输出结果。

　　物体使弹簧产生的形变，通过传动装置，使平面镜转动一个角度，激光器产生的激光照射在平面镜上不同的位置产生不同的反射光线，通过透镜聚集到CCD上。CCD产生的电信号是视频信号，需要对它进行预处理。由于信号比较小，首先要进行放大，然后还需要进行抗混叠滤波。

　　信号经过预处理后，还不能被DSP所接收。需要将信号进行A／D数据转换，在A／D转换时采用TI公司的A／D芯片TLC5510，这是一种高速A／D转换器。A／D转换是在DSP的控制下进行的。

　　TLC5510的工作特点是：当采样时钟为高电平时，A／D转换器处于跟踪状态；时钟下降沿时，输入信号被保持，A／D转换器进入转换状态，转换数据延迟2．5个时钟周期后在时钟上升沿输出。这样，对于A／D采样，每一个时钟到来时就会有采样数据输出。因此，TLC5510除了数据线外，还包含一个输出允许接口信号。

　　数据采样系统的关键是地址产生电路和采样时钟产生电路，传统采样大多借助逻辑芯片来分别实现这两部分电路。而这里引入软件采样的概念，即，利用软件编程的方法来分别产生A／D采样所需的时钟脉冲和地址信号。控制采样的指令如下：


　　LD起始地址，A


　　RPT每行采样点数


　　WRITA Smem


　　本系统采用以TMS320C5409为核心的数据处理系统。TMS320C5409是16bit定点DSP，它使用改进的哈佛结构，具有专用的硬件逻辑的CPU、片内存储器、片内外围设备以及一个高度专业化的指令集。在运算过程中，DSP以中断方式读取A／D采样结果。整个系统是CCD传感器光采样与A／D数据采集、DSP数据处理三级流水线结构。CCD是串行输出，DSP是成组使用数据，所以，要设置数据缓冲区存放AD采样数据。数据存储器中要划出两块缓冲区分别进行数据采样与处理，缓冲区的切换通过软件实现，即，当其中一块进行AD采样时，另一块同时对前一时刻的AD转换数据进行数据处理。

　　4　数据处理

　　在数据处理中，CCD图像传感器分奇偶场输出电信号。首先，将未处理的电信号存到先入先出（FIFO）缓冲器，DSP从FIFO中取数字信号时，就可以实现数据的实时处理。一个目标通常覆盖了连续几行上的像元，每个目标在覆盖行上的起始位置和连续几个像元处的强度值已存在FIFO中。实时算法每次只需FIFO中连续两行的目标信号，比较当前行和前一行上目标起始位置和终止位置，即可确定一个目标的构成是刚开始还是在继续或是已完成，直到所有行数据处理完毕，这样，所有目标像点的坐标就计算出来了。算法流程图如图3所示。它们的重心坐标公式如下：


　　其中，Xc、Yc为二维重心坐标，Xi、Yi为第i个像元的序号，Vi为第i个像元对应的信号幅值。