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基于PSD的激光位移传感器的研制

作　者: 莫仁芸
导　师: 朱万彬
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学
关键词: 激光三角法传感头光学系统设计半导体激光器驱动 PSD信号处理电路误差分析非线性补偿
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

激光三角法是现代工业检测技术中非常重要的非接触式测量方法,本文结合国内市场需求,研制了一款基于激光三角法原理的激光位移传感器,工作范围为50±10mm。该套系统成功的完成了激光三角法光路的光学系统设计、一维PSD微弱信号检测电路的自行搭建以及测量结果的非线性补偿。本文的主要内容及工作介绍如下:(1)在深入了解课题研究背景的基础上,调查分析了国内外仪器的相关技术水平,拟定了激光位移传感器研制的总体方案。(2)依据半导体激光器的发光特性及三角法的理想成像条件,采用系统分割的方法对整套三角法光路进行了设计,分别得到了优良的出射光斑及满足于Scheimpflug条件的成像效果。(3)设计了带反馈系统的半导体激光器驱动电路,具有良好的光源稳定功能。针对PSD输出电流信号的特点,成功的设计了一套PSD信号处理系统,电路设计构思独特,巧妙的实现了有效信号的提取、放大以及噪声的抑制,并附加了信号灯指示功能。(4)仪器各部分设计完成后进行了整机装调工作。装配与调试主要包括半导体激光器的安装固定、电路参数优化设计以及透镜最佳位置的设置等。(5)以光栅尺为工具对系统进行了标定,在标定数据的分析基础上,探讨了仪器的主要误差来源及相应的解决方法,并结合物象位移关系采用回归分析对非线性误差进行了补偿。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题的提出  11-12
  1.2 国内外研究进展及研究意义  12-14
  1.3 激光位移传感器的总体方案  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第2章激光三角法与传感头光学系统设计  17-29
  2.1 激光三角法  17-19
  2.2 光源的选取与光束整形  19-25
    2.2.1 系统光源的选取  19-20
    2.2.2 半导体激光二极管的光束特点  20-22
    2.2.3 整形镜设计  22-25
  2.3 被测物面的散射光接收  25-27
    2.3.1 Scheimflug 理想成像条件  25-26
    2.3.2 接收透镜设计  26-27
  2.4 背景光的抑制  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章信号处理电路设计  29-49
  3.1 半导体激光器的驱动电路设计  29-33
    3.1.1 驱动电路总体框架  29-30
    3.1.2 信号产生电路  30-32
    3.1.3 驱动系统的电路模块  32-33
  3.2 PSD 的基本原理  33-34
  3.3 PSD 信号处理的电路实现  34-48
    3.3.1 信号处理的总体框架  35-36
    3.3.2 有效信号幅值提取  36-38
    3.3.3 差动放大电路  38-39
    3.3.4 噪声的抑制  39-42
    3.3.5 A/D 转换的器件选取与电路实现  42-45
    3.3.6 指示信号的设计  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章整机装调及系列实验  49-59
  4.1 半导体激光器的装调  49-52
  4.2 信号处理电路参数优化  52-53
  4.3 成像透镜位置的选定  53-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章测量系统误差分析与补偿方法  59-69
  5.1 测量系统的数据标定  59-62
  5.2 测量系统的误差分析  62-66
  5.3 测量系统的非线性补偿  66-68
  5.4 本章小结  68-69
第6章全文总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-74
附录1 激光位移传感器样机实物图  74-75
附录2 传感头内部结构图  75-76
附录3 信号处理系统内部结构图  76-77
附录4 实验平台  77-78
在学期间学术成果情况  78-79
指导教师及作者简介  79-80
致谢  80

基于PSD的激光位移传感器的研制

内容摘要

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