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研究生:徐欽南
研究生(外文):Shyu Chin Nan
論文名稱:飛時式半導體雷射測距儀
論文名稱(外文):Time of flight semiconductor laser range finder
指導教授:梁忠義梁忠義引用關係
指導教授(外文):Leung Chung Yee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電科學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:測距儀
外文關鍵詞:Rangefinder
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論文摘要
在目前的民生用途中已經有許多場合利用雷射光束本身的特性,來從事校準及測量的行為,例如工廠產品的平整度測定及土木工程的距離測定等工作。又因為最近幾年來國內外雷射二極體製造的技術突飛猛進,許多實用的工業儀器廣泛地使用雷射二極體。因此有了以雷射二極體製造測量用儀器的念頭。
早期的脈衝式雷射測距儀大多是由石榴石雷射所構成,但是石榴石雷射在整體方面來說光電轉換效率不佳,導致操作重複率無法大幅提昇
,單位時間內資料擷取量低,由於雷射二極體沒有這方面的缺點,且可快速操作,所以我們嚐試著使用雷射二極體來製作一具小型的雷射測距儀,並且由幾種常見的測距方式中選擇最適合我們的方法,並且以內插法改善解析度。
本文的第一章討論目前較常見的測距方式,接著第二章中討論光脈衝-飛馳時間法系統的架構,第三章將討論半導體雷射發射單元的設計要點,第四章則研究如何改進各種計時方式在時間計算上可能會發生的問題,第五章將以雷達方程式以及各種雜訊來決定測距距離的動態範圍,第六章為測距系統之實驗結果,第七章則為本論文之總結與檢討。
第一章 前言
1-1雷射測距-------------------------------------------------------------------------- 2
1-1-1三角測量法-------------------------------------------------------------------- 2
1-1-2雷射干涉測量法-------------------------------------------------------------- 4
1-1-3光束調制法-------------------------------------------------------------------- 6
1-1-4脈衝-飛馳時間法-----------------------------------------------------------8
1-2 討論-------------------------------------------------------------------------------10
第二章 光脈衝-飛馳時間法
2-1.基本系統-------------------------------------------------------------------------11
2-2.發射單元-------------------------------------------------------------------------12
2-3.接收單元-------------------------------------------------------------------------13
2-4.計時單元-------------------------------------------------------------------------13
2-5.系統要求-------------------------------------------------------------------------14
第三章 雷射發射單元設計
3-1雷射發射單元的基本要求---------------------------------------------------15
3-2基本電路設計-------------------------------------------------------------------16
3-2-1.雷射二極體的光電特性----------------------------------------------------16
3-2-2.脈衝產生電路-----------------------------------------------------------------17
3-2-3.電路分析-----------------------------------------------------------------------18
3-3.基本光學設計-------------------------------------------------------------------20
3-3-1.雷射光束的發散-------------------------------------------------------------20
3-3-2.光學透鏡-----------------------------------------------------------------------21
第四章 距離的計算
4-1.基本計時方式-時脈計數法------------------------------------------------24
4-2.各種內插法----------------------------------------------------------------------25
4-2-1.游標卡尺法--------------------------------------------------------------------25
4-2-2.傳遞延遲法(Propagation delay)--------------------------------------------26
4-2-3.時間-幅度法-----------------------------------------------------------------27
4-2-4.時間延伸法(Time-stretching)-----------------------------------------------29
4-3.時間延伸法之電路分析------------------------------------------------------31
第五章 光電信號分析
5-1.基本模型-------------------------------------------------------------------------34
5-2.背景輻射-------------------------------------------------------------------------36
5-3.檢測元件產生的雜訊---------------------------------------------------------39
第六章 實驗結果
6-1.光束分析-------------------------------------------------------------------------45
6-2.雷射二極體電流波形---------------------------------------------------------54
6-3.充放電電路的實驗------------------------------------------------------------59
6-4.測距實驗-------------------------------------------------------------------------60
第七章 結論------------------------------------------------------------------------------------63
附錄
ZTX853、ZTX953規格表-------------------------------------------------[附錄一]
實驗用雷射PGEW2S09規格表------------------------------------------[附錄二]
PIN光二極體C30807規格表--------------------------------------------[附錄三]
累崩二極體 C30724E規格表--------------------------------------------[附錄四]
拍攝影像用電荷耦合裝置(CCD) C3077規格表---------------------[附錄五]
參考資料與文獻
Ref. [1] WALTER KOECHNER,"Optical Ranging System Employing a High Power Injection Laser Diode",IEEE Transcation on Aerospace and Electronic System,VolAES-4(1),pp81-91(january 1968)
Ref. [2] Solid State Devicers, Hewlett Packard , Palo Alto, Cal., 1968,
pp.195-213
Ref. [3] Optical Radiation Detectors
EUSTACE L. DERENIAK and DEVON G. CROWE
Ref. [4] Power Electronics Circuits,Devices, and Applications,
Muhammad Harunur Rashid
Ref. [5] Avalanche Photodiodes:A User''s Guide, EG&G Optoelectronics Canada
Ref. [6] A High Current, Fixed Narrow Pulse Width Laser Diode Driver,
Robert Burman & George J. Krausse
Ref. [7] Solid-State Pulse Power Supplies for RCA GaAs and GaAlAs Injection Lasers., AN-4469,RCA
Ref. [8] Semiconductor Laser Diodes, Dr. R. Glicksman, AN-4993,RCA
Ref. [9] Laser Range finders By P. A. FORREST, K.F. HULME
,Optical and Quantum Electronics, Vol 13, pp.259-293
Ref. [10] Low Noise Electronic Design, By Motchenbacher / Fitchen
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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