以PSD器件为传感器的光电位置遥测系统

光电遥测系统

以

器件为传感器的光电位置遥测系统黄欣

清华大学人体运动检测分析研究室一、

容观澳

丁海曙

引官,

以光电转换的形式将光点的位置讯号转换为

随着科学技术的发展,

人们在越来越多

电信号

,

并送人计算机

,

与此同时,

,

发射机,

的领域中要求对运动物体位置进行精确测量

将发光控制信号传送到接收机

接收机解调作为,

如在康复

、

体育

、

土木工程的各种振动,

后恢复出发光控制信号并送入计算机计算机采集位置信号的同步信号在点灯的瞬时2,

研究中都遇到了精密测量问题用高速摄影机及录相机来测量

以往常规使

由此保证将灯位。

,

但由于其精,

计算机启动 0 1,

度低

,

后处理任务繁重。

,

这些仪器已满足不国际上相)、

置信号转换为数字信号%#&&% ) (

并存贮在磁盘中!&! !&% 4,

了人们的要求

为解决这些问题# ! %

! )# (&(3 !

5器,

继研究出如量仪器,

&

系统

(!%

系统

、

件是本系统中最重要的部分

它的作用是将空

%+,一 系统等以光电技术为基础的精密测

空间位置信号以光点的形式转为电信号间中待测的红外光点通过透镜成像于传感器光敏面上功能,

清华大学人体运动检测分析研究室,

参考国外类似仪器的技术指标

于最近研制

,

凭借传感器所具有的特殊,

成功了以测系统。

器件为传感器的光电位置遥系统构成及光电位里传感器.

映射点在传感器上的位置又进一步转用硬件对这四个电流信,

化成四个电流信号号进行适当处理集下来,

二

、

就可以获得与光斑位置有,

工作原理整个系统由五部分组成极管、

一定关系的电平信号

计算机将这些信号采,

红外光发光二、

并根据摄影测量原理。

就可以能算

发射机及发光控制电路、

光电。

出发光点的空间位置

转换像机

接收机以及微型计算机。

图/是

其工作原理图

燕片斗诱’

,。

6

、8

7 1

亥气

是一种具有特殊结构的只对红外图/

光敏感的硅光电池

,

如图 9 2, 5、

是其结构,

原理图系统工作时,

。

在本征半导体上,

下表面形成电阻

将红外发光二极管固定在,

率极匀的是型层

型和:型半导体层下层是:型层。

如图上层

各待测点上作为标志点极管轮流发光,

由发射机中的发光

在上层的左右。

控制电路产生一组控制信号控制红外发光二

两侧及下层的前后两侧分别安装了一对堆确

并由特制的红外光点摄像机

定位的电极

,

光电流从电极上出入

当红外

光电遥测系统

光在光敏表面成像于 8点时电流,

,

光电荷就在层的光

现器

。

该点位置产生并形成从:层流向对于不同位置的 8点、

将、

固定在像机中

,

并用运算放大29 5,

,

各电极上的离 8点较近,

5除法器等硬件来实现 2 ,

两式的

电流//9=,

/9

、

/

、

甄各不相同,

,

运算

即可构成光电转换像机。、

实现对空间

的电极上的电流大/

反之则小,,

但

;,,

和即

光点位置的检测

和

/

<

的总电流是一定的 2常数 5,

三,

遥测的应用及工作原理为传感器的位置检测,

;>/9?/ >/<?/

因此

各电极电

在实现以

流的比例与 8点的坐标位置之间必然存在5着一一对应关系根据如图 9 2Α所示的坐标系及参量Β等可以导出 8点坐标,

中原先并没有采用遥控测试

而是将发光

控制电路的控制信号直接由导线送人计算机来实现计算机的数据采集与红外灯发光的同步的6

8

,

,

认与Ε‘了

;Χ;的关系如下 .;一;艺二一,Φ二Β一,‘ΔΔ

由于红外光点是直接附着在待测物上因而待测物体与计算机就有联线存在,,

,

6

,

一

几>Γ=

了/

‘

这种联线限制了被测物体运动的自由度及测试距离

8

,

二Β

;‘一/’

影响了测试的精确性及应用范围,

,

>;。

故此我们进一步研制了遥控测试

通过遥控

使红外光发光二极管脱离计算机而同时灿系统正常工作。

巡置遴骂

红外发光三皿,

透俘密动电路

遍

Η画、

, 2 5发射电路框图图 一Φ 6

胭土 6大丁一能

在本系统中采用了一种结构如图 面上。

器件。

,

其

…了…半理甲提〕一

所示

,

它的两对电极都位于光敏这种,

,

在另一面有一共用电极,

一图<伪

护一

斗

」

的特点是暗电流子小

响应速度快.

边缘畸变5

它的电流位置关系如下/ 9;。 2/>/ 5一 2 8二Β二’

>;=

膝收电路框图,

汽>凡>几>爪9

2 5

经过各种方案的比较传输方式来实现遥控收机改装而成,,。

我们采用了调频,

口Ι二Β一

,

/ 2

>/<一

;, 5一 2>/

5

;

>/9>/,

>/<

9 25

调频发射采用的是电

容三点式振荡的直接调频法

接收由调频接Δ

由 2 5

29 5

式可知,

8点位置可完全只能判别一个

如图<给出其 几原理图作一

。

确定检侧

,

但在某一时刻,,

发射的工作过程是由: ΚΚ产生的时基振

光点的位置

在系统中为完成对多个光点的轮流发光的办法来实

荡脉冲冲,

经数字控制电路后生成

组组脉

采用了Β

如图Κ 2, 5,

这些组脉冲的频率和帧频

可调

将它们送到红外发光二极管和发光沪

光电遥测系统

择驱动电路

,

经译码后可控制多个发光二极同时又将这些组脉冲加到调频,

管轮流发光电路中,

,

经调制放大后发射到空中。

以及接圈Π

收机接收

接收机的工作是经选频放大电路/ ΛΜΗ6

后将接收的调频波送到变频器 2混频与本地

振荡的合称 5得到中频频率为调频波,

Ν

的

再经中频放大限幅

,

鉴频器等电路,

可得到与发射组脉冲类似的组脉冲信号干此时所得信号微弱且失真较大 2Α 5,

由才相同,。

如图Κ,

因而需将这些信号进行放大整形

2 5,

系统多灯测试实验9,

。

5与实验 29

能最后恢复出与发射同频同步的组脉冲信

在像机

米远外放置<个红外发光二

号

,

并用于控制计算机进行同步数据采集由上述可知,,

极管

经像机遥测后。

在计算机上显示<个,

接收机整形输出的波形是因而

红外灯的位置图形如图Λ所示置图形相符

这与实际位

直接控制计算机进行同步数据采集的

要保证计算机正确无误地采集从而保证系统正常工作要求接收机输出的波形稳定无干

扰

,

没有畸变且与发射波形完全同步,,

。

为达、

此性能在整个发射接收研制中实现载频稳定的调频发射噪声的稳定接收,

我们着重于

实现消除干扰

同时解决接收后波形的失

奋一一一一一七

一犷入6

真与延时问题四、

。

系统应用的实验结果

2 5

遥控实验,

。

发射机与接收机相距大,

9于/米远

在电磁辐射干扰较强的环境Κ

其接收解调后波形如图迟,

2Ο 5

所示

,

接收

本系统具有应用简便时处理测试信息的特点应用纯属自行开发研制还有一定距离。。

、

测试精度高

、

实

波形在经整形后较发射波形在相位上有个延

由于系统中遥测的

此延时

时间约<娜

。

,

距完全的实用阶段

主要参考文献2, 5发射波形

2

5

“

Ε”,

;Γ;Ε:

:

;Γ; ,

2 5接收波形Α

Γ ΓΕΤ

日本洪松电子公司出版

Ο 2 5且形波形

Θ几ΡΣ几上Σ门丁飞门丁几图Κ

Φ

/Υ Λ

年

。

29 5。

王方志等 .红外光点动态位移检测“”,

系统及应用29 5

大型建筑变形与施工测量学/Υ

系统单灯测试实验,

在离像机 9米,

术会议文集2 5 2< 5“

,

年

//

月

。

远外放置单个红外发光二极管在钢条上使其振动。

并将其固定

通信电路与原理。

”,

清华大学无线”,

,

则经遥测后计算机上

电系线路教研组“

显示波形如图Π所示

,

这与红外灯实际的阻

调频发射与接收原理。

国防工业

尼振荡相符

部出版社

ΚΚ

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/22gi.html