發(fā)布時間：2017-07-05 19:15

  本文關鍵詞：正弦波光強調制式激光三角法高精度測距技術研究

  更多相關文章： 光三角法 位移測量 PSD 光強調制 誤差校正 噪聲模型 濾波器

【摘要】：激光三角法測距技術是一種重要的非接觸式測距技術,在工業(yè)控制生產、工業(yè)自動化生產中都有著廣闊的應用。本文基于傳統(tǒng)的非接觸式光三角法測量原理,利用PSD進行光電轉換,通過電路處理,實現(xiàn)了正弦波光強調制式的高精度測距。 本文創(chuàng)新點在于:設計了一種高穩(wěn)定的正弦波光強調制方案;建立了一種基于電路的誤差補償模型,對原理的非線性誤差進行了校正;建立了電路噪聲模型及溫漂模型,并進行低噪尋優(yōu)。最終研制出實驗樣機,通過雙頻激光干涉儀的比對實驗,對非線性誤差校正前后的數(shù)據進行端點連線平移直線擬合仿真,取得了良好的預期效果。實驗結果表明:儀器±10mm測量范圍內,分辨力不低于1um,誤差校正后的非線性度提高近一個數(shù)量級,在1.4‰附近,驗證了所選方案的可行性。 論文的主要工作包括以下幾個方面: 1、基于光強隨動原理,利用高精度的正弦波對激光調制,開發(fā)出高穩(wěn)定的正弦波光強調制的半導體激光光源,有效地抑制了背景光、溫漂等環(huán)境因素的干擾。其光強穩(wěn)定,頻率單一,諧波失真小,與方波光強調制相比,有用信號的能量非常集中,便于解調,可以達到很高的信噪比; 2、根據PSD的兩路輸出及AD534的特點,針對原理帶來的非線性誤差建立了數(shù)學補償模型,開發(fā)了一種基于硬件電路的非線性誤差校正技術,實時性好,可獲得更高的控制精度; 3、基于運放實際模型和電阻噪聲模型,建立電路的噪聲模型及溫漂模型,并進行低噪尋優(yōu),大大降低了系統(tǒng)噪聲,提高了儀器分辨力; 4、建立各環(huán)節(jié)電路的數(shù)學模型,通過細致的參數(shù)計算、取系列化值和Matlab傳遞函數(shù)仿真,保證了電路的準確性和可靠性; 5、建立光學設計的數(shù)學模型,根據儀器測量范圍及精度的要求,對光學參數(shù)進行優(yōu)化設計,分析了接收光強、成像光斑對系統(tǒng)測量誤差的影響; 6、基于EMC技術,根據電路模塊傳輸信號類型和功耗的不同,從原理設計出發(fā)到PCB繪制、模塊布局進行抗干擾設計,極大的抑制了低頻噪聲。
【關鍵詞】：光三角法 位移測量 PSD 光強調制 誤差校正 噪聲模型 濾波器
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TH761.2
【目錄】：

• 獨創(chuàng)性聲明和論文使用授權說明2-3
• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題背景8
• 1.2 激光三角法測距特點8-9
• 1.3 研究動態(tài)9-12
• 1.3.1 光強調制技術9
• 1.3.2 誤差源研究9-12
• 1.3.3 儀器標定技術12
• 1.4 本文研究主要內容12-14
• 第二章 儀器原理及非線性誤差分析14-35
• 2.1 光三角法測量原理14-16
• 2.2 三角法測距原理公式推導及分析16-17
• 2.3 PSD 工作原理及應用分析17-21
• 2.3.1 PSD 工作原理17-19
• 2.3.2 PSD 模型分析19-20
• 2.3.3 PSD 應用分析20-21
• 2.4 PSD 選型21-24
• 2.5 PSD 動態(tài)范圍匹配24
• 2.6 接收光強計算24-26
• 2.7 像光斑大小計算26-28
• 2.8 非線性誤差計算28-29
• 2.9 線性化尋優(yōu)設計29-30
• 2.10 非線性誤差校正30-35
• 2.10.1 校正方法一30-32
• 2.10.2 校正方法二32-33
• 2.10.3 校正方法三33-35
• 第三章 機械設計35-39
• 3.1 鏡頭接口設計35-36
• 3.2 激光器固定設計36-38
• 3.3 儀器實物38-39
• 第四章 電路設計及分析39-70
• 4.1 高精度正弦波光強調制設計39-42
• 4.1.1 高精度正弦波振蕩器39-40
• 4.1.2 激光驅動電路40-42
• 4.2 前置放大電路設計42-47
• 4.2.1 電路原理設計42-43
• 4.2.2 運算放大器噪聲模型及直流失調模型43-44
• 4.2.3 前置級噪聲計算44-47
• 4.2.4 前置級電路板抗干擾設計47
• 4.3 高低通二階有源濾波器分析47-50
• 4.3.1 低通濾波器48
• 4.3.2 高通濾波器48-50
• 4.4 全波整流、信號加/減及低通濾波50-52
• 4.5 陷波器分析52-54
• 4.6 模擬乘法器AD534 簡介54-58
• 4.7 調零電路58-60
• 4.8 調相電路與相敏檢波60-67
• 4.8.1 滯后型相位調整電路60-62
• 4.8.2 超前型相位調整電路62-64
• 4.8.3 直流失調對開關信號相位的影響64-65
• 4.8.4 相敏檢波65-67
• 4.9 系統(tǒng)抗干擾布線設計67-70
• 第五章 系統(tǒng)調試及實驗結果70-81
• 5.1 正弦波光強測試實驗70-72
• 5.2 機械調試72-74
• 5.3 電路調試74-77
• 5.4 實驗數(shù)據處理及分析77-81
• 全文總結與展望81-82
• 參考文獻82-84
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文與參加科研情況84-85
• 致謝85-86
• 附錄1 電路原理圖86-87
• 附錄2 未校正非線性誤差的實測數(shù)據及其直線擬87-89
• 附件3 校正非線性誤差后的實測數(shù)據及其直線擬89-92

【引證文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 任凱;塔式太陽能定日鏡定日精度在線測量技術研究[D];北方工業(yè)大學;2010年

2 盧鳳凰;激光三角測量光學系統(tǒng)設計及性能分析[D];西南交通大學;2011年

3 胡斯勒;管道內高速運動物體測速技術研究[D];天津大學;2010年

4 婁俊嶺;一種三維視覺傳感系統(tǒng)信息處理方法的軟硬件實現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

5 嚴智文;PSD空間定位及抗干擾研究[D];南京理工大學;2007年

6 馮金城;高精度實時激光三角測距系統(tǒng)設計[D];南京理工大學;2008年

7 李冰;嵌入式多功能數(shù)字控制綜合實驗臺的研究[D];天津大學;2007年

8 何曉瑞;線徑的激光投影成像差動測量方法與系統(tǒng)研究[D];湖北工業(yè)大學;2010年

9 李莉;基于雙激光的水下目標深度測量[D];中國海洋大學;2012年

10 羅曾;管道內高速運動物體位置速度測量系統(tǒng)[D];天津大學;2011年

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本文編號：523255