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基于PSD的微距测量系统研究

作　者: 林眉德
导　师: 林斌
学　校: 浙江大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 激光微距测量位置敏感探测器光学三角法信号处理单片机
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 554次
引　用: 17次
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内容摘要

随着激光技术、精密机械技术、电子技术和计算机技术的突飞猛进，激光微距测量逐渐向高速度、高精度、多功能、多参数、小尺寸的方向发展，它将在机器视觉、自动加工、工业在线检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学等领域具有重要的意义和广阔的应用前景，将对提高生产效率、以及现代化生产水平起到巨大的作用。本文设计的系统应用于测量枪筒内振动面的位移。本文首先介绍了国内外当前对激光微距测量的发展状况，比较了各种测距方法的优缺点，确定激光三角法测距作为本文系统设计的基础。然后详细地论述了PSD微距测量系统的总体设计过程。PSD作为一种光电效应器件，由于其高速度、高分辨率、信号处理简单等优点，使用非常广泛，本文选用了一维梳状PSD作为系统的探测器，并介绍了PSD的工作原理，在此基础上利用Multisim对一维梳状PSD的线性度及引起PSD探测误差进行了分析。本文给出了光学系统的总体设计，在传统光学三角法测量系统上作了改进，光源方面使用半导体激光器与光纤耦合的方式，使系统更趋于小型化，系统直径20mm。并且利用数学模型，导出了线性度，分辨率与系统参数之间的关系。本文还分析了检测信号处理电路系统，采用单片机模式代替传统的用运放构成的位置计算电路，提高了测试的可重复性，并实现系统的自动测试。最后对测量系统进行了标定，并对不同材质平面进行了测试，给出了各个平面的测试曲线，系统己基本满足课题的要求。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-4
目录  4-6
第一章绪论  6-11
  1.1 微位移激光测量概述  6-7
  1.2 激光测距方法现状  7-8
  1.3 测量系统的技术指标  8-9
  1.4 本文主要工作  9
  参考文献  9-11
第二章微距测量系统方案设计  11-16
  2.1 光学三角法  11-14
  2.2 测量系统的实现  14-15
  2.3 小结  15
  参考文献  15-16
第三章位置敏感探测器  16-26
  3.1 位置敏感探测器介绍  16-18
  3.2 位置敏感探测器线性度研究  18-24
    3.2.1 PSD网络模型  19-20
    3.2.2 线性度测量实验与结果  20-24
  3.3 小结  24
  参考文献  24-26
第四章光学系统设计  26-48
  4.1 入射光源  26-29
    4.1.1 激光光源的准直及光纤耦合  26-29
    4.1.2 光斑的光强分布及对测量的影响  29
  4.2 接收光学系统设计  29-44
    4.2.1 几种象差对系统的影响  30
    4.2.2 光学系统基本参数的确定  30-41
    4.2.3 物像位移关系  41-42
    4.2.4 光能计算  42-44
  4.3 光学系统机械设计  44-46
    4.3.1 光学零件固紧设计  44-45
    4.3.2 PSD接收部分结构设计  45-46
    4.3.3 光学系统壳体设计  46
  4.4 小结  46-47
  参考文献  47-48
第五章 PSD信号处理系统设计  48-57
  5.1 PSD信号处理技术研究  48-50
    5.1.1 基本的PSD信号处理方法  48-49
    5.1.2 消除背景和暗电流的几种措施  49-50
  5.2 基于单片机的PSD信号处理系统设计  50-53
  5.3 软件设计  53-56
  5.4 小结  56
  参考文献  56-57
第六章实验研究  57-67
  6.1 影响测量的各种因素  57-60
  6.2 系统的标定  60-63
  6.3 对不同平面的测试研究  63-66
  6.4 小结  66
  参考文献  66-67
第七章全文总结  67-69
硕士期间发表的论文  69-70
致谢  70-71

基于PSD的微距测量系统研究

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