【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)。 ? 回波脈沖經(jīng)光電探測(cè)器變換成電信號(hào)，再經(jīng)放大和整形后，將電子門(mén)打開(kāi)，使通過(guò)電子門(mén)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)回波脈沖（負(fù)與門(mén)）到來(lái)時(shí)，關(guān)閉電子們。 ? 在參考和回波脈沖之間計(jì)數(shù)器所接收到的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)代表來(lái)被測(cè)距離。 ? 時(shí)鐘頻率越高，測(cè)量的分辨率越高。但分辨率最終取決于激光脈沖的上升時(shí)間。 脈沖測(cè)距波形 若調(diào)制光角頻率為 ω，在待測(cè)量距離 D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為 φ，則對(duì)應(yīng)時(shí)間 t 可表示為： t=φ/ω 距離 L可表示為 式中： φ—— 信號(hào)往返測(cè)線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。 ω—— 調(diào)制信號(hào)的角頻率， ω=2πf。 ??cctL212 ??0fLN：測(cè)線所包含調(diào)制波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。 ΔN：測(cè)線所包含不足波長(zhǎng)的小數(shù)部分。 λ：稱為測(cè)尺長(zhǎng)，又稱“光尺”。 0L相位延遲： 被測(cè)距離： ???? ?????? NNN 2)(2)()(2 NNNNfcL ?????? ?距離的測(cè)量變成了測(cè)線所包含波長(zhǎng)個(gè)數(shù)和不足一個(gè)波長(zhǎng)的小數(shù)部分的測(cè)量。 ? 測(cè)量信號(hào)相位的方法都不能確定出相位的整周期數(shù) N，只能測(cè)定不足 2π的尾數(shù) N。由于 N值不確定，距離 L就成為多值解。 ? 測(cè)程長(zhǎng)，精度低；反之，精度高，則測(cè)程短 ? 解決方法： ? 用兩個(gè)頻率的波（兩個(gè)不同的光尺）進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)用來(lái)測(cè)量距離的大數(shù)，另一個(gè)用于精確測(cè)量距離的尾數(shù)。 ? 就可以既擴(kuò)大測(cè)程又保證精度。 ? 如果需要還可以用更多的頻率測(cè)量。 差頻相位檢測(cè)原理 主 振 ed 光 調(diào) 制混 頻 em相 位 計(jì)本 振 el混 頻 er光 電 接 收反 射 器em s■ 調(diào)制頻率越高 ,測(cè)量精度越高 .但是 ,一般相位計(jì)工作在低頻區(qū) . ■ 差頻后兩信號(hào)都工作在低頻區(qū) ,但相位差仍保持高頻信號(hào)的相位差 φ s. 差頻后 : 相位激光測(cè)距儀的原理 精 主 振f1粗 主 振f2精 本 振f1－ fc粗 本 振f2－ fc開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)發(fā) 光 管光 電 二 極 管放 大 器基 準(zhǔn)混 頻 器信 號(hào)混 頻 器相 位 計(jì)運(yùn) 算顯 示指 令發(fā) 射 物 鏡接 收 物 鏡? 精主振 f1(高頻 )和粗主振 f2 (低頻 ) ，由開(kāi)關(guān)控制依次對(duì)發(fā)光管供電進(jìn)行兩次測(cè)相 ? 檢相器只能工作于較低頻率，故設(shè)立精本振頻率 f1fc，粗本振頻率 f2fc ? 基準(zhǔn)混頻器對(duì)本振電壓和主振電壓進(jìn)行混頻外差，進(jìn)行外差，輸出低頻 fc的基準(zhǔn)電壓 ? 信號(hào)混頻器對(duì)本振電壓和輸出信號(hào)進(jìn)行混頻外差，輸出低頻 fc的信號(hào)電壓 ? 信號(hào)與基準(zhǔn)電壓的有相同的頻率 ,但相位差仍保持高頻信號(hào)的相位差 .由相檢計(jì)檢出相位差 .兩次測(cè)相的結(jié)果輸入計(jì)算電路計(jì)算得到測(cè)量結(jié)果。 相位激光測(cè)距儀的原理圖 長(zhǎng)度量光電測(cè)量的應(yīng)用實(shí)例 ? 應(yīng)用光電信息變換技術(shù)測(cè)量長(zhǎng)度量的實(shí)例，以便系統(tǒng)掌握測(cè)量長(zhǎng)度的基本方法。 鋼板寬度的非接觸自動(dòng)測(cè)量 如圖 101所示為采用兩個(gè)線陣 CCD圖像傳感器對(duì)鋼板寬度進(jìn)行非接觸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理圖。探測(cè)器 1與探測(cè)器 2分別安裝在同一個(gè)支撐架的兩端，它們的中心距（如圖所示）為 l0。 ? ⒈ 寬度測(cè)量原理 如圖 102所示為寬度測(cè)量的原理方框圖。穩(wěn)定的遠(yuǎn)心照明光源1與 2發(fā)出的光使被測(cè)鋼板的邊沿能夠被成像物鏡清楚地成像在兩個(gè)線陣 CCD的像敏面上， CCD1與 CCD2在同步脈沖的驅(qū)動(dòng)下分別輸出如圖 103所示的信號(hào) U1與 U2。 經(jīng)二值化處理或 A/D轉(zhuǎn)換在提取邊界（軟件二值化處理），得到如圖 103所示的二值化信號(hào) D1與D2。 D1的下降沿對(duì)應(yīng)于CCD1的第 N1個(gè)像敏單元，D2的上升沿對(duì)應(yīng)于 ? 2. 測(cè)量范圍與測(cè)量精度 CCD2的第 N2個(gè)像敏單元，它們又分別表示鋼板邊緣的像在 CCD1與CCD2像敏面上的位置。因此，可以推導(dǎo)出鋼板的寬度的計(jì)算公式，為 )(2021010??SNSNlL ????（ 101） 式中， β 1與 β 2分別為兩個(gè)探測(cè)器光學(xué)成像物鏡的橫向放大倍率，S0為 CCD像敏單元長(zhǎng)，式中的正負(fù)號(hào)要根據(jù) CCD的安裝方向確定。 （ 1）測(cè)量范圍 鋼板寬度的測(cè)量測(cè)量范圍與兩探測(cè)器的中心距 l0有關(guān)， 即與探測(cè)器安裝架的調(diào)整與鎖定方式有關(guān)。由式（ 101）可見(jiàn)，鋼板的寬度 L直接與 l0有關(guān)，若 l0可以大范圍的調(diào)整與鎖定，系統(tǒng)的測(cè)量范圍將會(huì)很大。另外，寬度的測(cè)量范圍還與兩探測(cè)器成像物鏡的橫向放大倍率 β 1與 β 2有關(guān)，與所選用的 CCD像敏單元長(zhǎng)及像元數(shù)N等參數(shù)有關(guān) 。 （ 2） 測(cè)量精度 對(duì)式（ 101）取微分，由于系統(tǒng)確定后除像元數(shù) N1與 N2外的其他參數(shù)均為常數(shù)，因此 220110 NSNSL ????????(102) 顯然，測(cè)量精度與 CCD的像元長(zhǎng)度 S0、光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率 β等參數(shù)有關(guān)。 3. 測(cè)量速度 線陣 CCD測(cè)量周期為其轉(zhuǎn)移脈沖 SH的周期 T，它由所選線陣CCD的像元數(shù) N及驅(qū)動(dòng)頻率 f決定， fNNT )( d?? （ 103） 式中， Nd為大于線陣 CCD虛設(shè)單元的任意數(shù)（由設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器者決定）。顯然， N與 Nd值越大， SH的周期 T越長(zhǎng)，而提高驅(qū)動(dòng)頻率 f將縮短 SH的周期 T，提高測(cè)量速度。 若驅(qū)動(dòng)頻率為數(shù) MHz，測(cè)量周期常為 ms量級(jí)。 板材定長(zhǎng)剪切系統(tǒng) ? 1. 定長(zhǎng)裁剪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 在板材（鋼帶、鋁帶、玻璃板、塑料板等板材）的生產(chǎn)、加工過(guò)程中，經(jīng)常遇到定長(zhǎng)度的剪切的工作。采用光電非接觸測(cè)量系統(tǒng)可以使板材定長(zhǎng)加工自動(dòng)化，并獲得高精度、高速度、質(zhì)量穩(wěn)定的效果。 裁剪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 104所示。被裁板材經(jīng)傳動(dòng)輪和從動(dòng)導(dǎo)輪展開(kāi)，并以一定的速度 v經(jīng)裁減裝置 (剪刀 )輸送到光電檢測(cè)系統(tǒng)。光電檢測(cè)系統(tǒng)由光源、光學(xué)成像系統(tǒng) (圖中未畫(huà) )和光電器件構(gòu)成。 2. 定長(zhǎng)裁剪原理 當(dāng)板材進(jìn)入光電系統(tǒng) ， 遮擋光路到一定程度時(shí) ， 光電器件輸出的信號(hào)經(jīng)處理系統(tǒng) （ 圖中省略 ） 后 ， 發(fā)出執(zhí)行命令信號(hào) 。 剪刀在裁剪控制系統(tǒng)接受執(zhí)行命令操作裁剪系統(tǒng)執(zhí)行裁剪動(dòng)作 。 設(shè)光電系統(tǒng)的中心安裝在距裁剪剪刀口 l0遠(yuǎn)處 。 當(dāng)被裁板材沿箭頭所示方向運(yùn)動(dòng)到光電探測(cè)系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi) ， 被裁板材邊緣的像成在光電器件的光敏面上 ， 使光電器件輸出的光電流減小 ， 輸出電壓降低 。 而且 ， 隨著板材的運(yùn)動(dòng)輸出電壓將越來(lái)越小 。 當(dāng)它減小到一定程度 ， 判別電路將輸出電壓跳變 ， 使板材的運(yùn)動(dòng)停止 ， 裁剪系統(tǒng)啟動(dòng) ， 剪刀下落將板材剪掉 。 板材被剪掉后 ， 光電器件又被光完全照亮 ， 光電流又恢復(fù)到最大值 ， 它使剪刀抬起 ， 啟動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)使板材繼續(xù)沿箭頭方向運(yùn)動(dòng) 。 實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與裁剪的自動(dòng)控制 。 3. 定長(zhǎng)裁剪系統(tǒng)精度分析 若裁剪系統(tǒng)的光電傳感器采用面積為 S的硅光電池（或硅光電二極管），在光敏面全被入射光照射時(shí)，光電流 IL很大，變換電路的輸出為低電位，用做整形的非門(mén)電路輸出為高電平。當(dāng)光敏面部分被遮擋時(shí)，光電流 IL