新型PSD光电自准直仪的研发

发布时间：2023-05-13 20:13

　　光电自准直仪是一种通过光学成像系统测量被测平面角度变化的精密仪器,其测量视场范围、测量精度对于仪器的使用而言至关重要。本文针对传统光电自准直仪存在的测量视场范围与测量精度无法兼顾的问题,提出了以位置敏感探测器PSD作为自准直仪光电接收器件的方案,并针对接收器件存在的非线性畸变进行校正,以实现扩大测量视场范围、提高测量精度的目的。本文在现有光学系统基础上,对系统光源进行选取并设计了光源驱动电路;设计了多路信号发生器对光源进行调制,并在后续处理电路中利用采样保持器对干扰信号进行滤除,有效解决了实际测量过程中所存在的背景光以及PSD自身的暗电流对测量精度的影响;依据PSD的位移解算公式设计了 I/V转换及放大电路、加减运算电路,经过数据采集模块将模拟电路的输出结果上传至计算机以实现数据的预处理和修正;针对PSD光电响应畸变导致的实际测得的位置坐标值与理想坐标值之间存在较大测量误差的问题,通过对现有位置坐标修正算法进行比对分析,最终确定了 BP神经网络算法对位置坐标进行修正的方案;通过系统搭建和实验验证,得出本系统的测量视场范围为±1000",系统不确定度为0.7",分辨率为0.1"。实验测试...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景
    1.3 国内外发展现状
    1.4 研究意义
    1.5 系统预计指标
    1.6 本文主要研究内容
2 光电自准直仪设计原理及总体结构设计
    2.1 自准直测量原理
    2.2 PSD的工作原理
    2.3 PSD非线性误差
    2.4 系统总体结构设计
    2.5 本章小结
3 光电自准直仪系统设计
    3.1 光学系统
    3.2 光源的选取
    3.3 光源驱动电路的设计
    3.4 消除背景光以及PSD自身暗电流造成的干扰
    3.5 信号发生器的设计
        3.5.1 PULL模块
        3.5.2 移位寄存器模块
        3.5.3 控制模块
        3.5.4 延迟模块
        3.5.5 周期脉冲生成模块
        3.5.6 信号发生器的硬件电路
    3.6 PSD输出信号处理电路的设计
        3.6.1 前置放大电路
        3.6.2 有用信号提取电路
        3.6.3 位移解算电路
    3.7 数据采集模块
    3.8 上位机数据处理及显示
    3.9 本章小结
4 位置坐标修正
    4.1 校正方法
        4.1.1 线性插值法
        4.1.2 BP神经网络算法
        4.1.3 改进型双二次插值
        4.1.4 二维Biharmonic样条插值
    4.2 拟采用校正方案
        4.2.1 方案仿真
    4.3 校正结果分析
        4.3.1 方案一
        4.3.2 方案二
    4.4 本章小结
5 实验验证及系统误差分析
    5.1 信号处理电路分步实验结果
        5.1.1 光源调制及I/V转换及放大
        5.1.2 采样保持电路
        5.1.3 加法及减法运算电路
        5.1.4 修正结果显示
    5.2 系统测试
    5.3 系统总体误差分析
    5.4 影响测量结果的其他因素
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3816441