基于PSD技术的布长精确测量系统研究与设计

论文摘要

本文以纺织行业中布进计长仪的技术改良论述了基于位置敏感传感器PSD在定距测量方面应用的理论基础,从PSD结构原理、光学三角法、PSD信号处理、调制与解调、锁相环等环节分析了课题工程应用的可行性。在工程成本控制的基础上提出了以夏普GP2YOA21型PSD模块的应用方案,文章论述了消除暗电流、背景光影响的光信号调制法,并介绍了夏普GP2YOA21模块的工作机理,着重介绍了基于夏普GP2YOA21模块信号输出与精确定距的电路设计与应用。在电路设计中,从工程课题的基本要求出发,结合相关的光电理论,辅以KeiluVision程序设计平台和Proteus、multisim硬件仿真平台,仿真设计出信号处理电路,然后再在实验室中反复进行实物的验证和完善。在普通的实验条件及控制成本的前提下,系统定距距离达到26毫米、分辨率为0.1毫米、系统反应时间少于10毫秒,且基本不受背景光等环境影响；设计的系统不仅可以替代传统的计长仪也可以广泛的应用在其他行业的定距测量中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 传统织布机的专用量具
• 1.2 基于非接触性传感器的布进计长设备
• 2 PSD在本课题工程应用中的可行性研究
• 2.1 位置敏感传感器PSD的特点
• 2.2 PSD在工程运用中的构建思路
• 2.3 PSD的发展状况
• 2.4 PSD的基本工作原理
• 2.5 光学三角法的工作原理
• 2.5.1 基本原理
• 2.5.2 直射式光学三角法
• 2.5.3 斜射式光学三角法
• 2.6 PSD信号处理
• 2.7 环境因素对PSD的影响及应对措施
• 2.7.1 对PSD造成影响的主要因素
• 2.7.2 消除影响的几种方案措施
• 2.7.3 信号光调制及解调技术
• 2.8 工程成本的估测
• 3 夏普GP2Y0A21YK型距离测量传感器组件的结构及工作原理分析
• 3.1 GP2Y0A21YK型号特点及特征
• 3.1.1 GP2Y0A21YK型特点
• 3.1.2 GP2Y0A21YK外形尺寸
• 3.1.3 电子光学的特征
• 3.2 信号处理内部框图及工作原理
• 4 调制信号与定距精度的处理
• 4.1 精确定距与调制信号处理的初步方案
• 4.1.1 低通滤波器
• 4.1.2 精密差动比例放大电路
• 4.1.3 窗口比较电路
• 4.1.4 电路整合与定距效果分析
• 4.2 ADC处理精确定距与调制信号的方案
• 4.2.1 ADC定距的仿真电路设计
• 4.2.2 实验过程中发现的问题及处理方案
• 4.2.3 数值比较功能电路的改进
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献