激光测距传感器的设计与研制
仪表技术与传感器用非垂直接收方式并尽少能使光斑像点轨,
19 9 6
年
输出
迹位于s e e
PSD
受光面上为达到准确聚焦如条件所规定像平面物平面接.
。
,
h lm p f lu g
:
、
、
收透镜平面三者须交于一条公共直线在光
学三角法测量装置中被测物体 (光斑 )可作为一沿直线运动的点 (图 4 )因此精确聚焦的。
,
条件也就是激光束和.
PSD
接收面以及透镜
平面须交于一点如果将被测物体表面从三
角形测量装置 (传感头 )移离的方向定为正方向以此相应的光斑像点的位移方向也为正方向那么可推出光斑像点的位移占和被测表面位移乙,,,
图
4
傲尤传感牲充路图
之间关系为Z D ( 1一
:
古~
D
,、`内产、` Z尸口勺,、了、
四信号处理电路I
、
乙十 D
激光测距传感器信号处理电路如图 5所)
_
,
_
口=
一刀以十,
不, -一二二O
D
,
示由前置放大脉冲解调除法运算后级放
。
、
、
、
一 j L:沪)
大调整自动控制监视等几部分组成
、
。
式中
DD
、
一 L is
n
洲n
s
i
n
(△+
:
~
L
`
5
i o/
:飞 5 1
(O+
沪)前大置电路放脉冲路调电解
夕
—一
激光束
与接收透镜光轴之问夹角光斑像点直线轨迹与接收透镜光轴之 l句的夹角
算术运
后级放大
算电路
调植电路
卜华
—像距—其中参数 D DL
物距:、
白动控制电路路:
监 i则指示电路
刀
规定了乙和占关系的渐,
国5
信号处理电路框困
近线,
,
5由于 ( )
式推导不带任何先行假设或号I
信号处理电路输出信号为、、
PSD
输出信
近似因此其关系是精确的对任何表面位移
I
:
,
最终输出为对应于距离信号 (士。
都成立
.
s o m m )的电压信号 U
(士 SV )
.
根据
乙~.
于关系式
,
我们可以合理地选,
假设物距为
L
,
接收透镜焦距为厂 P S D乙一
,
择光路参数对接收装置来讲主要是确定五个设计参数 L刀了夕抓其中 3个是相互独、、、
放置角为
:
、
立的 )对发射装置来讲主要是确定发射透镜
.
甲二
a r c
t g
了
·
/J D:
tg
s
( 7)
焦距 f和激光器与发射透镜相对位置,
h.
。
可求出物移乙和像移古之间关系为D1
由于我们测量范围大 (景深较深 )为了
保证像质接收透镜采用了两片透镜胶合的方法。
一古
式中.
d
=
.
L
二
.
.
l1
,
一 I,
乙
1
十,
1 2
发射部分采用一个平凸透镜进行准直,.
L
另外在选择透镜孔径时应在保证光强的梢况下尽盆减小孔径因为孔径越小像差就越,.
令0 o lm m,
u
—=。
P SD长度△,
/1 0。
即输出灵敏度为△
/
m V
那么当被测距离U
在士SV.
50m m
小但应保证一定的光强以便,
,
PS D
有一定
变化时输出电压
变化刚好为士