紅外測距原理實驗

1、實驗序號實驗三實驗名稱紅外測距原理實驗實驗時間2016-4-20實驗室同析樓三棟216實驗室一、實驗?zāi)康?、掌握紅外測距的三角測距原理；2、掌握紅外測距儀的光學(xué)通路結(jié)構(gòu)；3、學(xué)會分析紅外測距三角結(jié)構(gòu)中各元件的作用二、實驗儀器光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實驗平臺一臺 TOC o 1-5 h z 紅外測距實驗?zāi)K1塊連接導(dǎo)線若干擋板1塊卷尺1把三、實驗原理紅外測距儀是一種光電傳感器，它通過發(fā)射紅外線并測量紅外線被反射回 來的時間或相位來計算被測物體和測距模塊之間距離，以電壓大小的形式輸出 給主控制器，得出測量距離。1、紅外測距結(jié)構(gòu)原理紅外測距主要通過三種原理來實現(xiàn)。其中最直接的方法是往返測時法，它 通過測量紅

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

3、路造價的升高。三角測量原理利用發(fā)射光源、測量物體與接收器形成的三角關(guān)系，來計算 目標物體的距離。該方法簡單易行，造價低，測量范圍在幾厘米到幾米之間， 適合于近距離測量，主要用于機器人障礙識別、汽車避障等。本實驗即采用三 角測距法來實現(xiàn)紅外測距模塊，為學(xué)生提供組裝、測試、調(diào)試紅外測距的實驗 平臺，幫助學(xué)生牢固的掌握紅外測距的基本原理與實現(xiàn)方法。2、三角測距原理紅外三角測距法的結(jié)構(gòu)原理如圖1 -1所示，包括校準光束、準直透鏡及光 電位置檢測器PSD元件。濾光片準直透鏡圖1-1紅外三角測距結(jié)構(gòu)原理圖校準光束為發(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)遇到目標物體以后，光束會反射回來

4、，如圖1.1所示。反射回來的紅外光線 被光電位置檢測器件PSD檢測到以后，會獲得一個偏移值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，測量出偏移距x，則傳感器到物體 的距離D即可通過幾何關(guān)系：（式 1-2）D = f LD/2 x得到:（式 1-3）四、實驗注意事項1、實驗過程中嚴禁用導(dǎo)體接觸實驗儀裸露元器件及其引腳；2、實驗?zāi)K帶電時，嚴禁插、拔實驗連線及可拆卸元件；3、實驗過程中，注意電源及信號連線的對應(yīng)連接，請勿誤接。五、實驗步驟1、檢查實驗?zāi)K是否斷電，在斷電情況下進行實驗。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、打開實驗?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，由近到遠水平移動擋板，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紅外測距實驗數(shù)據(jù)記錄實際距離10cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmV208.7144.8119.196.871.663.960.556.1測量距離D(cm)11.418.521.426.731.936.14

6、2.447.3相對誤差1.43.51.41.71.91.12.42.3實際距離50cm55cm60cm65cm70cm75cm80cmV52.350.342.639.837.534.931.2測量距離 D(cm)51.258.961.366.669.177.882.2相對誤差1.23.91.31.60.92.82.26、重復(fù)實驗步驟5。7、關(guān)閉實驗儀電源，拆除實驗連線，還原實驗平臺。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，并畫出V-D曲線;用MATLAB找點，去除誤差較大的點，畫V-D曲線如圖：80706050D 403020100020406080100120140160180200V2、計算測量距離與實際距離間的相對誤差；(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：目標物體不平整；卷尺測距不準，所測距不是實際距離；在整個試驗中，目標物體會抖動，造成讀數(shù)總是在跳動，使讀數(shù)不準。七、實驗思考題1、思考紅外測距對校準光束的發(fā)散角有什么要求，為什么？答：校準光束的發(fā)散角不能太大也不能太小，因為發(fā)散角太大或太小的 話，反射回來的光束不能被光電監(jiān)測期間PSD檢測器件檢測到。2、思考紅外測距結(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