高速实时近红外弱信号检测系统

朱强; 周维虎; 陈晓梅; 石俊凯; 李冠楠

doi:10.37188/OPE.20223024.3116

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高速实时近红外弱信号检测系统

现代应用光学 | 更新时间：2022-12-27

- 高速实时近红外弱信号检测系统
- A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system
- 光学精密工程 2022年30卷第24期页码：3116-3127
- 作者机构：
  
  1.中国科学院微电子研究所光电技术研发中心，北京 100094
  2.中国科学院大学微电子学院，北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "朱强（1989-），男，江西莲花人，博士研究生，工程师，2015年于北京印刷学院获得硕士学位，主要从事光电精密测量技术与仪器方面的研究。E-mail： zhuqiang@ime.ac.cn" ]
  [ "周维虎（1962-），男，安徽无为人，博士，研究员，博士生导师，1983年、2000年于合肥工业大学分别获得学士、博士学位，现为中国科学院微电子研究所光电研发中心主任，主要从事光电检测、光电系统总体设计与集成测试、光电精密测量技术与仪器等方面的研究。E-mail：zhouweihu@ime.ac.cn" ]
  [ "陈晓梅（1961-），女，黑龙江双城人，博士，研究员，获哈尔滨工业大学学士和硕士、德国不伦瑞克工业大学博士学位，现为中国科学院微电子研究所光电研发中心特聘研究员，主要从事光电微纳测量技术和测量仪器的研究。E-mail：chenxiaomei@ime.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2019YFB2005603)
- DOI：10.37188/OPE.20223024.3116
  中图分类号： TP247
- 收稿日期：2022-05-12，
  
  修回日期：2022-06-10，
  
  纸质出版日期：2022-12-25
- 稿件说明：
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朱强,周维虎,陈晓梅等.高速实时近红外弱信号检测系统[J].光学精密工程,2022,30(24):3116-3127.

ZHU Qiang,ZHOU Weihu,CHEN Xiaomei,et al.A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(24):3116-3127.
朱强,周维虎,陈晓梅等.高速实时近红外弱信号检测系统[J].光学精密工程,2022,30(24):3116-3127. DOI： 10.37188/OPE.20223024.3116.

ZHU Qiang,ZHOU Weihu,CHEN Xiaomei,et al.A high-speed and real-time SWIR weak signal detection system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(24):3116-3127. DOI： 10.37188/OPE.20223024.3116.

摘要

为了实现对钞券表面涂层高速在线检测，研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先，根据涂层材料的特性，采用近红外波段的发光二极管和光电二极管，研制了驱动和弱信号采集电路；然后，利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理；最后，提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性，进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明，在钞券22 m/s的运行速度下，无论衬底是简单或复杂，未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号，分别差约为7 000，4 000，1 400，衬底图文越复杂，信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms，远小于22 ms的钞券时间间隔，算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点，可高效检测纸张表面的涂层有无，有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。

Abstract

To achieve high-speed online detection of banknote surface coatings， a high-speed and real-time design method for a near-infrared （NIR） weak signal detection system based on high-speed banknote quality inspection machines is proposed. First， according to the characteristics of coating materials， driving and weak signal acquisition circuits are developed by using NIR light-emitting diodes and photodiodes to achieve high-speed real-time weak signal detection. Second， the real-time data transmission and process are realized by using a field programmable gate array （FPGA） and a graphical virtual instrument platform. Finally， a peak standard deviation method for calculating the peak intensity of the signal is proposed， and the real-time performance of the algorithm is analyzed. The detection of the coating on the banknote surface and the real-time simulation experiment of the algorithm is carried out. The experimental results indicate that when the paper speed reaches 22 m/s， whether the substrate is simple or complex， the signal from the uncoated banknotes is significantly higher than that of the coated banknotes， and the differences are about 7000， 4000， and 1400， respectively. The more complex the substrate， the smaller the signal difference. The time from the beginning to the end of the algorithm is about 2-3 ms， which is far less than the time interval of 22 ms. The speed of the algorithm meets the real-time requirements. The system developed in this paper is high-speed， real-time， and stable； it can effectively detect whether the coating on the surface of the paper is available. It is expected to provide a new method for online quality detection of coatings.

关键词

Keywords

references

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