紅外測(cè)距原理實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)紅外測(cè)距原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間2016-4-20實(shí)驗(yàn)室同析樓三棟216實(shí)驗(yàn)室一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握紅外測(cè)距的三角測(cè)距原理；2、掌握紅外測(cè)距儀的光學(xué)通路結(jié)構(gòu)；3、學(xué)會(huì)分析紅外測(cè)距三角結(jié)構(gòu)中各元件的作用二、實(shí)驗(yàn)儀器光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一臺(tái) TOC o 1-5 h z 紅外測(cè)距實(shí)驗(yàn)?zāi)K1塊連接導(dǎo)線若干擋板1塊卷尺1把三、實(shí)驗(yàn)原理紅外測(cè)距儀是一種光電傳感器，它通過(guò)發(fā)射紅外線并測(cè)量紅外線被反射回 來(lái)的時(shí)間或相位來(lái)計(jì)算被測(cè)物體和測(cè)距模塊之間距離，以電壓大小的形式輸出 給主控制器，得出測(cè)量距離。1、紅外測(cè)距結(jié)構(gòu)原理紅外測(cè)距主要通過(guò)三種原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中最直接的方法是往返測(cè)時(shí)法，它 通過(guò)測(cè)量紅

2、外線發(fā)射到紅外線接收的時(shí)間間隔t，即可得到測(cè)量距離D為：D里（式1-1）2這種方法快速直接，且距離D與時(shí)間t成線性關(guān)系，理論上可測(cè)出任意范 圍的距離。但由于光速C很大，時(shí)間間隔t將很小，受電子技術(shù)及電子器件速 度的限制，實(shí)際上無(wú)法無(wú)窮小的測(cè)量時(shí)間，故該方法僅適合遠(yuǎn)距離測(cè)量（大于 1km）。相位測(cè)距儀是在往返測(cè)距儀的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的。它通過(guò)高頻調(diào)制發(fā)射 光，利用相位計(jì)比較發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的相位，得到調(diào)制光在往返時(shí)引起的 相移，從而得到往返時(shí)間t，求出距離D。這種方法的測(cè)量范圍在300m-1km， 它雖然不需要高速待膩?zhàn)悠骷?lái)測(cè)量時(shí)間，但其測(cè)量精度依賴(lài)于頻率產(chǎn)生電路 與差頻測(cè)量電路，從而造成其電

3、路造價(jià)的升高。三角測(cè)量原理利用發(fā)射光源、測(cè)量物體與接收器形成的三角關(guān)系，來(lái)計(jì)算 目標(biāo)物體的距離。該方法簡(jiǎn)單易行，造價(jià)低，測(cè)量范圍在幾厘米到幾米之間， 適合于近距離測(cè)量，主要用于機(jī)器人障礙識(shí)別、汽車(chē)避障等。本實(shí)驗(yàn)即采用三 角測(cè)距法來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外測(cè)距模塊，為學(xué)生提供組裝、測(cè)試、調(diào)試紅外測(cè)距的實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)，幫助學(xué)生牢固的掌握紅外測(cè)距的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法。2、三角測(cè)距原理紅外三角測(cè)距法的結(jié)構(gòu)原理如圖1 -1所示，包括校準(zhǔn)光束、準(zhǔn)直透鏡及光 電位置檢測(cè)器PSD元件。濾光片準(zhǔn)直透鏡圖1-1紅外三角測(cè)距結(jié)構(gòu)原理圖校準(zhǔn)光束為發(fā)射光源，采用紅外發(fā)射器，并按照一定的角度發(fā)射紅外光束， 當(dāng)遇到目標(biāo)物體以后，光束會(huì)反射回來(lái)

4、，如圖1.1所示。反射回來(lái)的紅外光線 被光電位置檢測(cè)器件PSD檢測(cè)到以后，會(huì)獲得一個(gè)偏移值x，由三角關(guān)系可知， 在知道了中心矩LD、凸透鏡的焦距f以后，測(cè)量出偏移距x，則傳感器到物體 的距離D即可通過(guò)幾何關(guān)系：（式 1-2）D = f LD/2 x得到:（式 1-3）四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)禁用導(dǎo)體接觸實(shí)驗(yàn)儀裸露元器件及其引腳；2、實(shí)驗(yàn)?zāi)K帶電時(shí)，嚴(yán)禁插、拔實(shí)驗(yàn)連線及可拆卸元件；3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注意電源及信號(hào)連線的對(duì)應(yīng)連接，請(qǐng)勿誤接。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、檢查實(shí)驗(yàn)?zāi)K是否斷電，在斷電情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、用2#連接導(dǎo)線將“PSD_Vo”端口與數(shù)據(jù)采集與處理單元中的*”端 口相連。3、打開(kāi)實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

5、塊電源，觀察液晶屏是否工作正常，觀察液晶屏是否有示 數(shù)顯示。4、將擋板放置在結(jié)構(gòu)件探測(cè)前端10cm-80cm范圍內(nèi)，且使擋板與傳感器 垂直；在10cm-80cm的距離范圍內(nèi)，水平移動(dòng)擋板距離，觀察液晶屏顯示的電 壓數(shù)值與距離數(shù)據(jù)是否變化。5、將擋板放置在垂直放置在傳感器10cm處，由近到遠(yuǎn)水平移動(dòng)擋板，5cm為間距，記錄相應(yīng)位置的電壓V、液晶屏顯示距離D。表1-1紅外測(cè)距實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)際距離10cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmV208.7144.8119.196.871.663.960.556.1測(cè)量距離D(cm)11.418.521.426.731.936.14

6、2.447.3相對(duì)誤差1.43.51.41.71.91.12.42.3實(shí)際距離50cm55cm60cm65cm70cm75cm80cmV52.350.342.639.837.534.931.2測(cè)量距離 D(cm)51.258.961.366.669.177.882.2相對(duì)誤差1.23.91.31.60.92.82.26、重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟5。7、關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀電源，拆除實(shí)驗(yàn)連線，還原實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。六、數(shù)據(jù)處理1、數(shù)據(jù)列表，并電壓與距離間的變化關(guān)系，并畫(huà)出V-D曲線;用MATLAB找點(diǎn)，去除誤差較大的點(diǎn)，畫(huà)V-D曲線如圖：80706050D 403020100020406080100120140160180200V2、計(jì)算測(cè)量距離與實(shí)際距離間的相對(duì)誤差；(如表1-1)3、分析產(chǎn)生誤差可能的原因。產(chǎn)生誤差的原因有：目標(biāo)物體不平整；卷尺測(cè)距不準(zhǔn)，所測(cè)距不是實(shí)際距離；在整個(gè)試驗(yàn)中，目標(biāo)物體會(huì)抖動(dòng)，造成讀數(shù)總是在跳動(dòng)，使讀數(shù)不準(zhǔn)。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、思考紅外測(cè)距對(duì)校準(zhǔn)光束的發(fā)散角有什么要求，為什么？答：校準(zhǔn)光束的發(fā)散角不能太大也不能太小，因?yàn)榘l(fā)散角太大或太小的 話，反射回來(lái)的光束不能被光電監(jiān)測(cè)期間PSD檢測(cè)器件檢測(cè)到。2、思考紅外測(cè)距結(jié)構(gòu)中的濾光片、凸透鏡的作用，去掉他們是否可行， 為什么？答：濾光片的作用是濾光，使檢