实验三红外定标实验

物理与电子信息学院——电子信息实验技术光电成像器件实验光电成像器件实验报告实验题目实验三红外定标实验日期2016.5.4姓名杨智超组别双2班级13光电子班学号134090340【实验目的】1、进一步掌握红外测距的实验原理；2、进一步掌握红外测距数据处理方法；3、掌握红外测距定标原理与方法。【实验器材】光电技术创新综合实验平台一台红外测距实验模块1块连接导线若干电脑1台USB连接线1根【实验原理】由于红外测距的三角结构，图1所示，PSD的检测位置xA与测量距离D呈非线性关系。PSDLEDDdetD1D2D3xA3xA1xA2Ddet图1目标物体距离与光斑位置的关系图中标出了目标物体分别在D1、D2、D3位置时，对应的PSD检测光斑中心位置分别为xA1、xA2与xA3。当测量距离等距离移动时，PSD上反射光斑位置的移动并不是等距离的，因此PSD的检测位置xA与测量距离D呈非线性关系，图3-2为测量距离与检测位置输出电压之间的关系，两者呈指数关系。从图中可以看出，在距离较远时，受PSD分辨率的限制，检测误差增大，数据不真实；在距离很近时，由于PSD的长度有限，光斑位置超出PSD的感光面，无法测量，故红外测距的量程主要与PSD的感光面长度及分辨率有关，感光面越长，可测量距离越近，分辨率越高，可测量距离越远。图2目标距离物体与光斑位置输出电压的关系物理与电子信息学院——电子信息实验技术光电成像器件实验【实验步骤及注意事项】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#连接导线分别将红外测距结构件电源单元中的“PSD_Vo”、“GND”端口与电压表头的正负端相连。3、打开实验模块电源，观察电压表头是否有示数显示。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，观察电压表头显示的电压数值是否变化。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，10cm为间距，记录相应位置的电压V。表1红外测距实验数据记录实际距离10cm20cm30cm40cm50cm60cm70cm80cmV2.2861.3020.8810.7890.5860.5080.4260.3726、重复实验步骤5；7、断开红外测距实验模块电源。8、将步骤的5结果对应输入用于计算红外测距传感器线性化系数的Excel电子表中，表格如下：表2计算红外测距传感器线性化系数的Excel电子表9、分别将电压值与对应的距离输入到表格中的Voltage列与R(cm)列（图中红色字体），即可自动得到输出电压A2D与距离R之间的拟合线性函数系数（此处给出了两种经验拟合线性函数，即整数型m、b与浮点型m’、b’、k’，两者选一即可），将线性系数带入相关的拟合函数中得到距离与输出电压之间的拟合线性函数。10、利用步骤8得到的拟合线性函数，自己动手编写红外测距数据处理程序。（请参考ceju.hex程序文件）11、关闭实验模块电源，拆除实验连线，还原实验平台。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。物理与电子信息学院——电子信息实验技术光电成像器件实验【实验结果与数据处理】表3红外测距实验数据处理实验数据记录拟合原公式为：𝐷=1𝑚∗𝑉+𝑏+𝑘拟合后的各参数m0.026b0.002k-6.8电压(V)实际距离(cm)拟合距离(cm)2.29109.41.32021.10.883033.40.794037.60.595050.90.516058.70.437069.10.378079.3图3曲线拟合过程拟合后的曲线如图3所示，故最终的拟合公式为：𝐷=10.026∗𝑉+0.002−6.8其中：D为拟合距离，单位为cm；V为测量电压，单位为v【实验结论与分析】思考题：1、分析在红外测距过程中，还有那些因素会造成PSD输出与距离呈非线性关系？解：由于红外信号传播在传播过程中，随着距离的不断增加，红外信号会受到空气中其他大气成分的散射等影响，造成红外光信号的丢失。另外红外光本身就容易随着距离的增加而发散，所以距离较大时，收集到的信号难免较小，所以造成输出与距离呈非线性关系。当然，测量系统自身也是由电路元件组成，比如用到的AD转换芯片，如果性能不是太好的话，也会造成测量结果的偏差。所以，在这些综合因素的影响下，造成了PSD输出与距离呈非线性关系。02040608010000.511.522.5曲线拟合实际距离(cm)拟合距离(cm)