实验三 红外测距原理实验

1、光电成像器件实验报告实验题目实验三 红外测距原理实验日期 2016.4.20姓名 杨智超|组别|双2 |班级| 13光电子班 学号 134090340 【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。【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块连接导线若干挡板1块卷尺 1把【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

2、的方法是往返测时法，它通过测量红 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 =号 （式 1-1）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1 km）。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

3、率产生电路与差频测量电路，从而造成其电路造价的升高。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、三角测距原理准直透镜图1红外三角测距结构原理图红外三角测距法的结构原理如图1所示，包括校准光束、准直透镜及光电位置检测器PSD元件。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

4、以后，光束会反射回来，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：D =【实验步骤及注意事项】实验步骤： 检查实验模块是否断电，在断电情况下进行实验。 用2#连接导线将“PSD_Vo”端口与数据采集与处理单元中的“A/D”端口相连。 打开实验模块电源，观察液晶屏是否工作正常，观察液晶屏是否有示数显示。 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- 80

5、cm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。 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。 重复实验步骤5。 关闭实验仪电源，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。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；2、计算测量距离与实际距离间的相对误差；3、分析产生误差可能的原因。【实验结论与分析】1、

6、思考红外测距对校准光束的发散角有什么要求，为什么？解：由于红外测距的原理是发射红外信号后，红外接收端又要对反射过来的信号进行 接收和测距处理。所以要求误差小，精度高。因此校准光束发散角不能过大，因为如 果发散角太大的话，红外光会随着距离的增大而分散的越来越多，造成反射光过少， 也就造成了测量距离短，测量精度低的缺陷。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？解：滤光片在本测量系统中有相当重要的作用，由于在接收端需要检测出发射信号， 所以要求发射光能够保留较好的距离信息，所以为了避免大气中杂散光的影响，加入 滤光片是很有必要的。而凸透镜具有汇聚光束的作业，可以将分散

7、的红外光汇聚起来， 让探测器检测到光束更集中的红外反射光。所以，红外测距结构中的滤光片、凸透镜 可以提高测量进度，保证测量结果的准确性。 iD （式 1-3）2 x111 WAN KOBHAL【实验结果与数据处理】毕也1=1回把0琵表1红外测距实验数据记录实际距离10cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45cmV2.2861.5301.3021.0550.8810.8080.7890.634测量距离D（cm）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50cm55cm60cm65cm70cm75cm80cmV0.5860.5710.5080.4760.4250.3910.372测量距离D（cm）50.752.658.964.870.876.481.2相对误差1.40%4.36%1.83%0.31%1.14%1.87%1.50%图2 V-D曲线产