嵌入式的激光位移检测系统研究

论文摘要

当前检测技术正向高精度、高效率、小型化和智能化方向发展。距离的非接触测量则是检测技术研究的重要内容之一。本文所提出的这项具有现实意义的检测技术是采用光三角测量技术来研究位移测量,它与电子学、计算机技术相结合构成了具有实际应用价值的自动检测系统。文中详细论述了系统的检测原理与方法。本论文在常用非接触测距方法研究基础上,采用光学三角法和PSD(PositionSensitive Detector)的测量原理开发了嵌入式的激光位移检测系统;深入分析了本检测系统的工作原理和PSD的输出信号处理电路;并通过实验详细探讨了本检测系统误差产生的原因。本文叙述了该检测仪的组成部分:基于光三角原理的激光测头,单片机控制系统和计算机进行数据处理和拟合,并对其进行了形位误差分析。通过实验对检测系统的精度和可行性进行了验证,实验结果表明,本检测系统利用了光三角检测技术,实现了对空间位置的测量,其误差可达0.005mm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 本课题来源与研究目的及意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 研究目的及意义
• §1.3 激光位移光三角检测技术的发展研究
• 1.3.1 国外研究进展与现状
• 1.3.2 国内研究进展与现状
• §1.4 主要研究的内容和研究方法
• 1.4.1 主要研究的内容
• 1.4.2 主要研究的方法
• 1.4.3 主要技术指标
• 第二章 总体设计方案
• §2.1 总体设计思想
• §2.2 总体结构布局和系统的组成
• 2.2.1 总体结构布局
• 2.2.2 系统的组成
• 第三章 位移检测原理研究
• §3.1 光三角工作原理
• 3.1.1 位置尺寸与光学系统参数之间的关系
• 3.1.2 PSD上像点位置S的确定
• 3.1.3 PSD与光轴的夹角关系
• §3.2 位置敏感器（PSD）的选择
• 3.2.1 PSD的性能参数分析
• 3.2.2 PSD测量的影响因素
• 3.2.3 PSD使用注意事项
• 3.2.4 PSD的选择
• §3.3 激光器选择
• 3.3.1 光源的选择
• 3.3.2 半导体激光器的准直
• 第四章 位移检测系统硬件设计
• §4.1 PSD信号处理设计
• 4.1.1 PSD信号处理基本电路
• 4.1.2 前置放大器设计
• 4.1.3 基本电路改进
• 4.1.4 电路抗干扰的几点措施
• §4.2 系统数据采集处理设计
• 4.2.1 系统的数据采集
• 4.2.2 系统的显示、键盘电路及串行通讯
• 第五章 位移检测系统软件设计
• §5.1 软件总体设计
• §5.2 各子程序设计
• 5.2.1 数据采集程序设计
• 5.2.2 键盘扫描程序设计
• 5.2.3 数据显示程序设计
• §5.3 系统软件的抗干扰设计
• 第六章 系统实验
• §6.1 实验条件
• §6.2 实验方法与测量结果
• 6.2.1 系统标定实验
• 6.2.2 系统精度实验
• 第七章 误差分析
• §7.1 误差来源分析
• 7.1.1 导轨误差分析
• 7.1.2 导轨误差的数学模型建立及分析
• §7.2 测量线、导向线、传动线之间的相对关系误差分析
• §7.3 误差对本系统测量的影响
• 第八章 结论和展望
• §8.1 结论
• §8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 串行通讯子程序
• 附录2 PSD测距测头照片
• 附录3 仪器面板照片
• 附录4 电路系统照片