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激光位移传感器研究

作　者: 王金娜
导　师: 李庆辉；阎秉先
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光三角位移传感器非球面像差自适应控制测量精度
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文是应用激光三角测距原理来设计激光位移传感器,研究了激光发射与接收的光学系统设计、光电信号处理与运算的方法,从而高精度地计算出被测物的位移量。本文从分析影响系统测量精度的因素出发,着重讨论了激光的准直发射、激光接收光学系统的设计和应用非球面来校正系统像差的方法,并详细分析的球面透镜和非球面透镜系统的各自成像特点,提出了用于解决本系统大视场和大景深所带来的较大像差的光学系统设计方案,并对系统进行了验证；在系统控制电路设计时,加入了激光的自适应光强调节功能,并通过带通滤光技术,用以提高系统适应不同测量环境的能力；应用软件实现CCD光斑重心的算法,用来取代一般所使用的最大值法,从而很大程度上保证和提高了系统的测量精度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 激光位移传感器概述  8-9
  1.2 激光位移传感器系统特点及研究意义  9
  1.3 本文主要内容及工作安排  9-12
第二章激光位移传感器系统构成  12-16
  2.1 激光位移传感器系统的组成  12
  2.2 系统工作原理  12-13
  2.3 系统主要技术指标和环境试验要求  13-15
    2.3.1 主要技术指标  13-14
    2.3.2 环境试验要求  14-15
  2.4 系统的主要技术难点  15-16
第三章光学系统的设计  16-42
  3.1 激光准直发射光学系统  16-20
    3.1.1 激光准直发射光学系统的特点  16-17
    3.1.2 半导体激光器光束的准直  17-19
    3.1.3 实验数据与系统验证  19-20
  3.2 激光接收光学系统  20-38
    3.2.1 激光位移传感器的测距形式  20-22
    3.2.2 接收光学系统的构想  22-23
    3.2.3 激光接收光学系统的普通透镜系统与非球面校正系统  23-33
    3.2.4 光学成像线性拟合  33-38
  3.3 光学系统的镀膜  38-42
    3.3.1 单层干涉镀膜原理  39-40
    3.3.2 干涉滤光膜  40-42
第四章 CCD光电转换器件和系统主控电路的设计  42-54
  4.1 CCD电荷耦合器件结构与工作原理  42-44
    4.1.1 MOS光敏元的工作原理  43-44
    4.1.2 移位和读出寄存器  44
  4.2 CCD的性能指标  44-47
    4.2.1 转移效率  44-45
    4.2.2 光电特性  45
    4.2.3 光谱特性  45-46
    4.2.4 暗电流  46
    4.2.5 CCD的噪声  46
    4.2.6 CCD的分辨率  46-47
    4.2.7 CCD的动态范围  47
  4.3 TCD1501D的工作参数及驱动特点  47-50
    4.3.1 TCD1501D型线阵CCD特性参数  47-49
    4.3.2 CCD驱动时序分析  49-50
  4.4 主控电路设计  50-54
    4.4.1 主控电路硬件组成  50
    4.4.2 主控电路设计  50-54
第五章系统精度分析及解决方案  54-68
  5.1 系统精度分析  54-57
    5.1.1 光学系统的误差  55
    5.1.2 测量环境  55
    5.1.3 发射光强及光束直径大小  55-56
    5.1.4 被测物体表面特征  56-57
  5.2 解决方案  57-62
    5.2.1 激光发射光功率的自适应控制  58-61
    5.2.2 CCD光斑像素点位置的确定  61-62
  5.3 样机测试  62-68
    5.3.1 产品展示  62-63
    5.3.2 传感器使用说明  63-64
    5.3.3 样机性能测试  64-66
    5.3.4 新样机与原样机的性能对比  66-68
第六章产品应用和技术展望  68-76
  6.1 产品应用  68-72
    6.1.1 汽车工业中的应用  68-69
    6.1.2 工业生产控制  69-70
    6.1.3 工业自动控制  70
    6.1.4 半导体与电子工业  70-71
    6.1.5 造纸和包装工业  71
    6.1.6 科研应用  71-72
  6.2 产品技术展望  72-76
    6.2.1 激光位移传感器对透明材料的测量  73-74
    6.2.2 激光位移传感器应用于3D测量系统  74-76
第七章结束语  76-78
致谢  78-80
参考文献  80-81

激光位移传感器研究

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