实验三 红外测距原理实验

1、光电摄像元件的实验报告实验主题实验三红外测距原理实验日期2016年4月20日姓名杨智超集团双人双打班级13光电子等级学号【实验目的】1 .掌握红外测距的三角测距原理2 .掌握了红外距离校准的光学通路结构3 .学习分析各元件在红外测距三角结构中的作用。【实验器材】一台光电科技创新综合实验平台有一片红外测距实验模块的连接引线一块挡板一把卷尺【实验原理】红外线距离补正是通过放射红外线，测定红外线反射的时间和相位，补正被测定物和测距模块之间的距离，并以电压的大小输出到主控制小滚珠，求出测定距离的光电式传感器。1 .红外测距结构的原理红外线测距主要通过三个原理实现。 其中最直接的方法是往返测定时法，通过

2、测定红外线接收红外线为止的时间间隔t，测定距离d如下D=Ct2(式1-1 )该方法快速且直接，且距离d与时间t呈线性关系，理论上能够测量任意范围的距离。 然而，由于光速c较大，所以时间间隔t较小，受电子技术或电子解老虎钳的速度限制，实际上无法进行无限小的测量时间，因此该方法仅适用于远距离测量(超过1km )。相位距离校正是基于往返距离校正而开发的。 用射频波调制发射光，用相位校正比较发射信号和接收信号的相位，获得调制光往返时发生的相移，获得往返时间t，求出距离d。 该方法的测量范围为300m-1km，不需要高速腻子粉老虎钳，但其测量精度依赖于频率发生电路和差分频率测定电路，导致其电路成本上升。

3、三角测量的原理是利用发射光源、测定物体和接收器形成的三角恋，计算对象物体的距离。 该方法简单、成本低，适用于测量范围在数厘米到数米之间的近距离测量，主要用于机械人故障识别、汽车故障避免等。 本实验采用三角测距法实现了红外测距模块，给学生提供了组装、测试、调试红外测距的实验台，帮助学生牢固掌握红外测距的基本原理和实现方法。2 .三角测距原理图1红外三角测距结构的原理图红外三角测距法的组成原理包括校准光束、准直透镜及光电位置探测器PSD元件，如图1所示。校准光束是发光源，采用红外发光器，以某一角度发出红外光束，遇到对象物时，如图1.1所示，光束反射返回。 当反射后的红外线由光电位置检测老虎钳PSD

4、检测时，获得一个片偏移值x，如从三角恋可以看出，若在知道中心矩LD、凸透镜的焦距长度f后测定片偏移距离x，则从传感器到物体的距离d能够通过几何关系。(式1-2 )获得：(式1-3 )【实验步骤和注意事项】实验步骤：1 .检查实验模块的电源是否切断，在电源切断的情况下进行实验。2.2#在连接查询密码下，将“PSD_Vo”通讯端口与数据收集和处理UE针织面料的“A/D”通讯端口连接起来。3 .打开实验模组的电源，观察液晶屏面板是否正常动作，在液晶屏面板上显示数显示观察有木有。4 .将挡板说唱乐配置在构造物检测前道工序的10cm-80cm范围内，在与传感器垂直的10cm-80cm距离范围内，水平移动

5、挡板距离，观察液晶屏面板上显示的电压值和距离数据有无变化。5 .把手说唱乐垂直地放置在传感器10cm上，把手说唱乐从近到远水平移动，以5cm为间距，记录相应位置的电压v、液晶屏面板显示距离d。6 .重复实验步骤5。7 .切断实验仪器电源，断开实验连接，恢复实验台。实验注意事项：1 .严禁在实验中用导体接触实验仪器暴露零配件及其导线2 .实验模组带电时，严禁插入、拔出实验接线及可拆卸的零配件3 .实验中，注意电源及信号连接的对应连接，请勿误连接。数据处理：1 .数据列表、电压和距离的变化关系、V-D绘制曲线2 .校正测量距离和实际距离之间的相对误差3 .分析可能产生误差的原因。【实验结果和数据处

6、理】表1红外测距实验数据的记录实际距离十公分15cm二十厘米25公分30cm35cm40公分45公分v型2.2861.5301.3021.0550.8810.8080.7890.634测量距离d (厘米)10.217.120.826.731.035.839.846.6相对误差2.00%14.00%4.00%6.80%3.33%2.29%0.50%3.56%实际距离50厘米55cm60公分65公分70公分75cm80公分v型0.5860.5710.5080.4760.4250.3910.372测量距离d (厘米)50.752.658.964.870.876.481.2相对误差1.40%4.36%

7、1.83%0.31%1.14%1.87%1.50%图2的v-d曲线可能产生误差的原因： (1)红外光在传播过程中容易发散，随着测量距离的增长，误差逐渐增大。 (2)电路设定并不完美，例如，通过滤波处理去除红外线信号，也有可能导致实验误差。 (3)单片微编程如果算法不一盏茶，就会引起测量上的误差。【实验的结论和分析】1 .考虑一下红外测距对校准光束的发散角有什么要求。 为什么？解：红外线测距的原理是在发送红外线信号后，红外线接收侧接收反射的信号并进行测距处理。 所以要求误差小，精度高。 因此，不能增大校准光束的发散角。 发散角过大时，红外光随着距离的增大而分散，反射光过少，存在测量距离短，测量精度低的缺点。2 .考虑到红外线测距结构中过滤烟嘴、凸透镜的作用，能否去除他们，为什么？解决方案：过滤烟嘴在本测量系统中发挥非常重要的作用，需要在接收侧检测发送信号，因此要求发送光能够保持良