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相位式半导体激光测距关键技术的研究

作　者: 施金钗
导　师: 黄元庆
学　校: 厦门大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 激光测距 相位式 数字测相
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 456次
引　用: 5次
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内容摘要


激光测距是随着激光技术的发展而发展起来的一种高精度测量技术。因其良好的精确度特性而广泛的应用在军事和民用等领域。本学位论文完成的主要工作是:详细介绍了干涉法、反馈法、脉冲法、相位法四种激光测距方法,对它们的测量范围、精度、应用途径及各自的特点进行了比较。着重研究了相位式激光测距的基本原理,在此基础之上,提出了一种实用的相位式激光测距方案。完成了激光测距系统的设计,在分析了各种激光器和光探测器的特性、参数后选择了半导体激光器和PIN光电二极管。根据各自的功能将系统分成三大部分:发射部分、接收部分、数字测相及信号处理部分。设计了带有负反馈控制的锁相环路来实现自动频率跟踪,研究了半导体激光测距调制发射技术,选用直接调制法对激光器的出射光功率进行调制。完成了激光测距接收系统的设计,并在PROTEL和MULTISIM的电路设计和电路仿真的基础上,采用PIN光电二极管作为光探测器,设计了放大滤波电路和接收电路模块。采用模拟乘法器作混频器,设计了混频电路,在高频下混频器的两路输入信号隔离度很高,解决了高低频测距光尺的干扰问题。采用了多周期同步鉴相法,实现了快速高精度自动数字测相技术。对测距的实验结果和仿真结果进行误差分析和噪声分析,提出了相应的解决方法,提高了系统的测距精度,并分析了系统设计的理想实验结果,从而验证了用相位式激光测距方法来检测距离的可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 课题研究背景意义  11-12
  1.2 激光测距的国内外研究现状  12-16
    1.2.1 激光测距的优点  12
    1.2.2 国内外研究现状  12-16
  1.3 课题主要研究内容  16-17
  1.4 论文结构  17-18
第2章 激光测距的基本理论  18-31
  2.1 激光测距的方法  18-22
    2.1.1 干涉法测距  18-19
    2.1.2 反馈法测距  19-20
    2.1.3 脉冲法测距  20
    2.1.4 相位式测距  20-21
    2.1.5 四种测距方法的比较  21-22
  2.2 相位式激光测距技术  22-26
  2.3 测尺频率的选择  26-30
    2.3.1 分散的直接测尺频率方式  26-27
    2.3.2 集中的间接测尺频率方式  27-29
    2.3.3 测尺频率的确定  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 激光测距系统的总体设计  31-40
  3.1 激光测距系统的总体设计  31-32
  3.2 激光测距系统对激光器的选择  32-34
  3.3 激光测距系统对光探测器的选择  34-39
    3.3.1 光探测器的概述  34-36
    3.3.2 光探测器的特性参数  36-38
    3.3.3 光探测器的选择  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 相位式激光测距的关键技术研究  40-67
  4.1 系统发射模块设计  41-46
    4.1.1 自动频率跟踪电路  42-45
    4.1.2 调制技术  45-46
  4.2 系统回波接收电路模块的设计  46-59
    4.2.1 光电转换技术  47-48
    4.2.2 接收放大电路  48-50
    4.2.3 Protel电路设计和 Multisim电路仿真  50-56
    4.2.4 混频电路  56-59
  4.3 相位测t技术  59-65
    4.3.1 手动移相—鉴相平衡测相法  60-61
    4.3.2 自动数字测相  61-65
  4.4 本方案特点  65
  4.5 本系统数据速率的估算  65-66
  4.6 本章小结  66-67
第5章 实验结果及误差分析  67-81
  5.1 电路仿真及实验结果分析  67-72
  5.2 测距误差来源  72-75
    5.2.1 测距误差来源  72-74
    5.2.2 电路系统误差  74-75
  5.3 激光测距噪声分析  75-78
    5.3.1 背景光噪声  75-77
    5.3.2 光电噪声  77-78
  5.4 系统设计的理想结果  78-79
  5.5 本章小结  79-81
第6章 结论与展望  81-83
[参考文献]  83-86
致谢  86-87
硕士期间发表论文  87-88
附录  88-89

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 光检测技术
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