基于PSD的高速激光距離傳感器的信號檢測與處理.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對距離測量提出了越來越高的要求。與傳統(tǒng)的測量手段不同，高速激光距離傳感器可對高速運動中的目標(biāo)進(jìn)行非接觸、短測程、高精度的距離測量，對于軍事和民用范圍內(nèi)的應(yīng)用都有著重要的研究意義。 本文對高速激光距離傳感器的設(shè)計進(jìn)行了論述。以激光三角法測距作為理論基礎(chǔ)，對其理論模型進(jìn)行了討論，詳細(xì)分析了激光三角法的距離計算方法。在此基礎(chǔ)上，對比電荷耦合器件CCD和位置敏感器件PSD的特點和優(yōu)勢，選用PSD 作為位置傳感器。根據(jù)P

2、SD 兩極輸出電流隨光敏面上光斑位置不同而不同這一特點，對裝置的信號檢測和處理系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析和設(shè)計。 傳統(tǒng)的PSD信號處理電路采用大量的模擬器件進(jìn)行信號運算，電路復(fù)雜且精度不高。本文對傳統(tǒng)處理方式加以改進(jìn)，采用數(shù)字化的方式對傳感器進(jìn)行設(shè)計。信號檢測和處理系統(tǒng)分為電源模塊、前置放大電路、數(shù)據(jù)采集電路和單片機(jī)接口電路四個部分。 由于信號源輸出信號為一個微弱信號，選定高精度線性電源模塊為系統(tǒng)供電。然后采用電阻結(jié)合集成運算放

3、大器實現(xiàn)信號的I/V轉(zhuǎn)換和前置放大。模擬信號的數(shù)字化是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。課題要求在1～1.5m 處對探測目標(biāo)實現(xiàn)精度為20cm的定距測量，根據(jù)這一指標(biāo)計算選擇12 位高速A/D芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。單片機(jī)實現(xiàn)系統(tǒng)的總體控制，包括預(yù)置/探測狀態(tài)選擇、A/D 控制、信號的計算和預(yù)警。采用普通按鍵、發(fā)光二極管對單片機(jī)外圍電路進(jìn)行了設(shè)計。改進(jìn)傳統(tǒng)的平均算法，提出新的算法實現(xiàn)了A/D控制和距離值的計算與預(yù)警。在電路板的設(shè)計中采用光電耦合器件、鐵氧體磁珠