基于四象限的激光探测与测量技术研究

发布时间：2020-10-24 23:17

　　 随着科技的进步和国防事业的发展,激光探测广泛应用于激光制导、工件的直线度测量、太阳能跟踪等领域。本文正是以激光探测为应用背景,设计出了一套基于四象限的激光探测与测量系统。本论文的工作重点是系统硬件电路的设计及定位算法的分析与改进。在系统整体设计前,比较三种常用探测器的性能和适用范围,通过对四象限探测器的性能进行详细的分析,最终选择四象限探测器作为本系统的光电转换器件;分析并实验验证光斑大小对光斑中心定位的影响,为光斑大小的设计与光学系统的选择提供了理论支撑;通过尝试设计不同的模拟放大电路,为系统实现自增益控制和脉冲提取打下坚实的基础。设计并调试完成了系统中电源模块、自增益放大模块、信号采集与处理模块(FPGA)的硬件电路部分,为系统硬件化提供了硬件平台;通过分析光、电信号的处理过程及影响因素,系统最终选择使用自增益放大+脉冲提取的信号处理方式。通过比较四种光斑定位算法,得出传统加减定位算法具有性能适中、适用范围更广等优势;系统的探测误差主要来自探测器和电路中暗电流噪声的干扰、背景光的干扰、探测器及电路的非均匀性干扰、其他光源干扰以及机械误差等;分别对每一种干扰进行原理分析并建立数学模型,最终得出修正及标定的方法。最后,本文搭建了一套完整的基于四象限的激光探测与测量实验系统,通过实验验证探测系统的功能,定位算法、修正及标定方法的可行性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN249
【部分图文】：

图１．３光斑在光敏面边缘示意图??探测系统为了扩展入射光强范围和增强系统适用性，需将光电转自增益放大。根据查询资料可知，根据文献［４］？［１４］可知，西安森、光电技术研究所博士石川、南京理工大学的张骏及Ｂｏｕｋｅｌｌａｌ，１．２，一

??路??图１．２单控制源信号同时控制四路电路示意图??ｈ??图１．３光斑在光敏面边缘示意图??激光探测系统为了扩展入射光强范围和增强系统适用性，需将光电转换后的??信号进行自增益放大。根据查询资料可知，根据文献［４］？［１４］可知，西安交通大??学的司栋森、光电技术研究所博士石川、南京理工大学的张骏及Ｂｏｕｋｅｌｌａｌ?Ｙ等??人或者团队都采用了传统常用自增益方法，如图１．２所示，一个增益控制信号同??３??

激光探测与测量技术也在不断的优化与改进，但其激光探测精度仍??需提高，系统中许多关键技术仍需进一步研宄和改进。因此本文设计并搭建了一??套基于四象限的激光探测与测量系统，如图１．４所示。本论文除了重点研究模拟??与数字电路的设计之外，还对信号的处理和整个系统探测精度的提高进行了深入??的探讨。本论文的主要研宄内容如下：??本论文第一章是绪论部分，提出了课题的研宄背景，简要叙述了国内外研宄??现状，描述了不同的激光探测与测量体制并选择本论文的探测与测量体制。??本论文第二章主要介绍了在系统整体设计前关键问题的分析与测试，为整个??系统设计与调试的顺利完成打下良好的基础。章节一开始通过比较三种常用探测??器的性能和适用范围，选择四象限探测器作为本系统的光电转换器件后，随后对??探测器的性能进行详细的分析，为后文系统误差的分析提供理论基础；分析并实??验验证光斑大小对光斑中心定位的影响，为光斑大小的设计与光学系统的选择提??供了理论支撑；为了满足系统对脉冲激光信号脉宽的要求
【参考文献】

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本文编号：2855113