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PSD幅值定位法多光束同步检测技术研究
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基于相位法PSD多光束检测系统的研究.pdf59页
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位置敏感探测器 Position．SeIlsitiveDetector，简称：PSD 相位检测技术具有
处理电路简单、检测精度高、抗干扰能力强等优点。但至今为止，有关PSD相位
检测的研究和报道并不多。微小爬壁机器人三维位姿检测使用相位法与频分复用
相结合的技术实现多光束同步检测，能够有效地精简系统功能与降低成本。同时
也为在现有制造工艺的条件下，PsD多光束测量系统向精简、低成本、高抗干扰
方向发展提供了一条新的思路。
本文在概括和总结PSD横向光电效应两种模型的基础上，利用PSD的RC
传输线模型，对PSD相位法定位原理进行了推导，通过Matlab数值模拟得出PSD
两电极的相位差与光点位置之间有显著的线性；设计了PSD相位法多光束同步检
测系统的处理电路及软件采集程序，完成了系统搭建及调试；用一维和二维PSD
做了单光束和多光束标定及对比实验，验证了理论推导，得出了若干重要结论。
论文最后还探讨了影响相位法检测的因素，提出了改善系统性能，提高检测精度
及减小误差的意见。
实验表明PSD在正弦调制光的激励下，两电极相位差与光点位置表现出显
著的线性；随着调制频率的增加，相位法检测的位置分辨率增大，但线性会出现
一定程度的下降，误差略有增加；相位法用于多光束同步检测时各光束间存在相
互干扰，调制频率相差越小，同步采集光束越多，相互干扰越大；二维PSD在偏
离测量中线的区域，会出现弧形失真，并且越靠近PsD的边缘，失真越明显。
关键词：PSD，相位法定位，同步检测，频分复用，误差分析
正在加载中，请稍后...基于PSD的高速激光距离传感器的信号检测与处理--《华中科技大学》2008年硕士论文
基于PSD的高速激光距离传感器的信号检测与处理
【摘要】：
现代工业的飞速发展对距离测量提出了越来越高的要求。与传统的测量手段不同,高速激光距离传感器可对高速运动中的目标进行非接触、短测程、高精度的距离测量,对于军事和民用范围内的应用都有着重要的研究意义。
本文对高速激光距离传感器的设计进行了论述。以激光三角法测距作为理论基础,对其理论模型进行了讨论,详细分析了激光三角法的距离计算方法。在此基础上,对比电荷耦合器件CCD和位置敏感器件PSD的特点和优势,选用PSD作为位置传感器。根据PSD两极输出电流随光敏面上光斑位置不同而不同这一特点,对装置的信号检测和处理系统进行了深入分析和设计。
传统的PSD信号处理电路采用大量的模拟器件进行信号运算,电路复杂且精度不高。本文对传统处理方式加以改进,采用数字化的方式对传感器进行设计。信号检测和处理系统分为电源模块、前置放大电路、数据采集电路和单片机接口电路四个部分。由于信号源输出信号为一个微弱信号,选定高精度线性电源模块为系统供电。然后采用电阻结合集成运算放大器实现信号的I/V转换和前置放大。模拟信号的数字化是系统的关键部分。课题要求在1~1.5m处对探测目标实现精度为20cm的定距测量,根据这一指标计算选择12位高速A/D芯片实现数据采集。单片机实现系统的总体控制,包括预置/探测状态选择、A/D控制、信号的计算和预警。采用普通按键、发光二极管对单片机外围电路进行了设计。改进传统的平均算法,提出新的算法实现了A/D控制和距离值的计算与预警。在电路板的设计中采用光电耦合器件、铁氧体磁珠、旁路电容滤波等方式减小了噪声。
文章最后对传感器样机进行了实验分析。实验采用不同颜色目标、不同光照条件作为对照,证实传感器样机能够完成1~1.5m处目标的定距测量;性能随目标反射率的增加而提高;背景光对探测的影响较小。通过判断阈值和累积次数的调节,样机对预定目标的定距探测精度最高可达2.5cm,满足课题的要求。
【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：TP212【目录】：
Abstract5-9
1 绪论9-17
1.1 高速激光距离传感器的研究意义9-10
1.2 国内外研究现状与发展趋势10-16
1.3 本文的研究范围16-17
2 高速激光距离传感器总体方案17-26
2.1 激光三角法理论模型17-19
2.2 光学系统设计方案19-20
2.3 信号检测与处理系统设计方案20-25
2.4 本章小结25-26
3 高速激光距离传感器的设计26-48
3.1 电源模块26-27
3.2 前置放大电路27-32
3.3 数据采集电路32-36
3.4 MCU接口电路与计算、控制程序36-47
3.5 本章小结47-48
4 高速激光距离传感器信号检测与处理实验研究48-58
4.1 实验装置48-50
4.2 不同反射率特性目标的探测实验50-52
4.3 不同光照条件下相同目标的探测实验52-53
4.4 高速激光距离传感器精度实验53-55
4.5 误差分析55-57
4.6 本章小结57-58
5 全文总结58-60
5.1 工作要点小结58
5.2 后续工作展望58-60
参考文献61-65
附录1 MCU计算与控制程序主要源代码65-71
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