红外位移测量模块实验指导书.doc

红外位移测量模块实验指导书红外位移测量模块实验指导书深圳市鸥鹏科技有限公司2009.113实验 红外位移测量模块实验指导书一、 实验目的1. 掌握学习LabVIEW软件的使用；2. 认识红外传感器的工作原理；3. 掌握使用红外传感器进行位移测量的方法。二、 实验原理红外传感器是基于三角测量原理设计的。如图1-1所示，红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束反射回来，反射的红外光线被CCD检测器接收以后，得到一个偏移值L。利用三角关系，以知发射角度，偏移距L，中心距X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。 图1-1 三角测量原理 图1-2 红外传感器电压与检测距离间关系当距离D足够小的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围。这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测的物体越远，CCD的分辨率要求就越高。 输出电压与检测距离之间的关系如图1-2所示。从图中可以看出，传感器与被探测物体之间的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，这就要求测量时传感器与被探测物体之间距离应尽可能大于10cm。此外，红外传感器的输出是非线性的。如果采用线性拟合的方法进行数据标定，误差很大。这里可以采用多项式拟合的方法。假设有一个高阶的多项式函数y=anxn+a(n-1)x(n-1)+ax+a0其中y代表距离，x代表红外传感器输出电压。如果该函数能够逼近实际的待拟合的数据，那么就采用该多项式作为传感器的输出函数。实际上，对于红外传感器来说，采用多项式函数拟合与采用线性最小二乘法拟合相比较，前者的误差大大减小。三、 实验组件和设备1. 红外位移测量模块；2. 多路输出电源模块；3. 多通道数据采集模块；4. PC。5. LabVIEW程序“红外位移测量模块_main.vi”。四、 实验步骤1. 关闭多通道数据采集模块开关，关闭多路输出电源模块电源开关。2. 连接仪器设备。(1) 用导线将红外位移测量模块的电源接口（16二芯航插）连接到多路输出电源模块的+5V输出端口。(2) 将红外输出接口（12二芯航插）连接到多通道数据采集模块的1通道。(3) 将多通道数据采集模块的电源接口（16二芯航插）连接到多路输出电源模块的+12V输出端口。3. 打开多路输出电源模块电源开关、打开多通道数据采集模块开关。4. 打开路径“红外位移测控模块实验程序”，打开文件“红外位移测量模块_main.vi”。程序界面如图1-3所示。图 1-3 红外位移测量模块主程序界面5. 设置输入控件参数(1) 通道选择设置为1。(2) 采样频率设置为1。(3) 采样长度设置为1024。(4) 多项式拟合阶数设置为4。6. 单击运行按钮，程序开始运行。7. 记录采样数据点。(1) 将挡板移动到距离红外传感器探头至少10cm外的位置。(2) 将刻度尺上面显示的数据换算成挡板至传感器探头的距离，输入到“刻度尺读数”控件里。输入完成后，单击数据录入按钮，将刻度尺读数和传感器电压值记录到原始数据表格里。(3) 继续向后移动挡板5cm，重复上一步的操作。如此重复9次，记录10组数据。8. 单击拟合按钮，进行多项式拟合。观察拟合曲线的形状，如图1-4所示。图 1-4 多项式曲线拟合后程序界面9. 滑动挡板，读取挡板与传感器探头距离，并与红外传感器的测量数据进行比较。10. 单击STOP按钮，退出程序。五、 实验报告要求1. 简述红外传感器的工作原理