红外测距原理实验

1、实验序号实验三实验名称红外测距原理实验实验时间2016-4-20实验室同析楼三栋216实验室一、实验目的1、掌握红外测距的三角测距原理；2、掌握红外测距仪的光学通路结构；3、学会分析红外测距三角结构中各元件的作用二、实验仪器光电技术创新综合实验平台一台 TOC o 1-5 h z 红外测距实验模块1块连接导线若干挡板1块卷尺1把三、实验原理红外测距仪是一种光电传感器，它通过发射红外线并测量红外线被反射回 来的时间或相位来计算被测物体和测距模块之间距离，以电压大小的形式输出 给主控制器，得出测量距离。1、红外测距结构原理红外测距主要通过三种原理来实现。其中最直接的方法是往返测时法，它 通过测量红

2、外线发射到红外线接收的时间间隔t，即可得到测量距离D为：D里（式1-1）2这种方法快速直接，且距离D与时间t成线性关系，理论上可测出任意范 围的距离。但由于光速C很大，时间间隔t将很小，受电子技术及电子器件速 度的限制，实际上无法无穷小的测量时间，故该方法仅适合远距离测量（大于 1km）。相位测距仪是在往返测距仪的基础上发展出来的。它通过高频调制发射 光，利用相位计比较发射信号与接收信号的相位，得到调制光在往返时引起的 相移，从而得到往返时间t，求出距离D。这种方法的测量范围在300m-1km， 它虽然不需要高速待腻子器件来测量时间，但其测量精度依赖于频率产生电路 与差频测量电路，从而造成其电

3、路造价的升高。三角测量原理利用发射光源、测量物体与接收器形成的三角关系，来计算 目标物体的距离。该方法简单易行，造价低，测量范围在几厘米到几米之间， 适合于近距离测量，主要用于机器人障碍识别、汽车避障等。本实验即采用三 角测距法来实现红外测距模块，为学生提供组装、测试、调试红外测距的实验 平台，帮助学生牢固的掌握红外测距的基本原理与实现方法。2、三角测距原理红外三角测距法的结构原理如图1 -1所示，包括校准光束、准直透镜及光 电位置检测器PSD元件。滤光片准直透镜图1-1红外三角测距结构原理图校准光束为发射光源，采用红外发射器，并按照一定的角度发射红外光束， 当遇到目标物体以后，光束会反射回来

4、，如图1.1所示。反射回来的红外光线 被光电位置检测器件PSD检测到以后，会获得一个偏移值x，由三角关系可知， 在知道了中心矩LD、凸透镜的焦距f以后，测量出偏移距x，则传感器到物体 的距离D即可通过几何关系：（式 1-2）D = f LD/2 x得到:（式 1-3）四、实验注意事项1、实验过程中严禁用导体接触实验仪裸露元器件及其引脚；2、实验模块带电时，严禁插、拔实验连线及可拆卸元件；3、实验过程中，注意电源及信号连线的对应连接，请勿误接。五、实验步骤1、检查实验模块是否断电，在断电情况下进行实验。2、用2#连接导线将“PSD_Vo”端口与数据采集与处理单元中的*”端 口相连。3、打开实验模

5、块电源，观察液晶屏是否工作正常，观察液晶屏是否有示 数显示。4、将挡板放置在结构件探测前端10cm-80cm范围内，且使挡板与传感器 垂直；在10cm-80cm的距离范围内，水平移动挡板距离，观察液晶屏显示的电 压数值与距离数据是否变化。5、将挡板放置在垂直放置在传感器10cm处，由近到远水平移动挡板，5cm为间距，记录相应位置的电压V、液晶屏显示距离D。表1-1红外测距实验数据记录实际距离10cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmV208.7144.8119.196.871.663.960.556.1测量距离D(cm)11.418.521.426.731.936.14

6、2.447.3相对误差1.43.51.41.71.91.12.42.3实际距离50cm55cm60cm65cm70cm75cm80cmV52.350.342.639.837.534.931.2测量距离 D(cm)51.258.961.366.669.177.882.2相对误差1.23.91.31.60.92.82.26、重复实验步骤5。7、关闭实验仪电源，拆除实验连线，还原实验平台。六、数据处理1、数据列表，并电压与距离间的变化关系，并画出V-D曲线;用MATLAB找点，去除误差较大的点，画V-D曲线如图：80706050D 403020100020406080100120140160180200V2、计算测量距离与实际距离间的相对误差；(如表1-1)3、分析产生误差可能的原因。产生误差的原因有：目标物体不平整；卷尺测距不准，所测距不是实际距离；在整个试验中，目标物体会抖动，造成读数总是在跳动，使读数不准。七、实验思考题1、思考红外测距对校准光束的发散角有什么要求，为什么？答：校准光束的发散角不能太大也不能太小，因为发散角太大或太小的 话，反射回来的光束不能被光电监测期间PSD检测器件检测到。2、思考红外测距结构中的滤光片、凸透镜的作用，去掉他们是否可行， 为什么？答：滤光片的作用是滤光，使检