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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:江國維
研究生(外文):Kuo-wei Chiang
論文名稱:應用光電感測技術與超外差式(Superheterodyne)相位法之距離、震動、加速度量測系統
論文名稱(外文):Electro-Optical System with Superheterodyne and Phase-detecting Techniques for Distance、Vibration and Acceleration Measurements
指導教授:楊明興楊明興引用關係
指導教授(外文):M. S. Young
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:加速度震動距離光電感測技術相位法超外差
外文關鍵詞:DistanceVibrationSuperheterodyneAccelerationPhase-detectingElectro-Optical System
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本文是光電感測系統的設計製作。發射光源可以是雷射二極體或是LED,接收光源採用880nm光檢測器。

感測系統是使用相位差原理,已連續波持續感測待測物的距離、震動和加速度,再以差外差(Super heterodyne)的方式來降頻,將原本的頻率降到10KHZ,以利於相位計偵測到更精細的相位差,提高系統精確度。

此論文內容主要著重於系統軟硬體的設計。軟體方面應用了組合語言、C語言和Verilog 語言,硬體方面則包含PLL、Mixer、Pre. Amp.、IF Amp.、Modulator、Altera、PIC…等等。論文內容中對於軟硬體的設計均有詳細的解說。
This paper designs an Electro-Optical measuring system. The light source can use of Laser or LED, and I made choice of 880nm’s photodiode as the optical receiver.

The Phase-Detecting theory is used in this measuring system. It transmits a continuous wave to measure the distance、vibration and acceleration. Then use superheterodyne theorem to mix the frequency and make it down to 10KHZ, which method can get the best resolution on Phase-detector’s result.

This paper majors in the software and hardware design. The software contains ASSEMBLY, C language and VERILOG. Hardware contains PLL, Mixer, Pre. Amp., IF Amp., Modulator, Altera, PIC …… . All of the procedure unit in this system have detailed introduction.
第一章 前言 ………………………………………………………… 1
第二章 系統原理
2.1 相位差法基本原理 ……………………………………………… 2
2.2 超外差式混頻降頻原理 ………………………………………… 3
2.3 系統架構圖 ……………………………………………………… 5
2.4 訊號處理流程圖 ………………………………………………… 7
第三章 系統設計
3.1 主震盪器與本地震盪器之電路設計(使用PLL鎖相) ……… 9
3.2 混頻器(Mixer)與中頻放大器(IF. Amp.)之電路設計 ………… 13
3.3 光源發射載波電路設計(調變器 Modulator) ………………… 16
3.4 光源接收前置放大器(Pre. Amp.) …………………………… 19
3.5 數位相位計的設計(使用Altera 晶片) ……………………… 23
3.6 PIC單晶片與 Altera 晶片的訊號處理 ………………………… 33
3.7 8051單晶片與 Altera 晶片的訊號傳輸 ……………………… 41
第四章 系統測試
4.1 測試方法 ………………………………………………………… 43
4.2 測試結果 ………………………………………………………… 43
第五章 討論
5.1 EMI 雜訊干擾 ………………………………………………… 45
5.2 光學透鏡的應用 ………………………………………………… 47
5.3 硬體誤差 ……………………………………………………… 48
5.4 軟體誤差 ……………………………………………………… 48
5.5 系統整體評估 …………………………………………………… 49
第六章 結論 ……………………………………………………… 50
附錄一 電源設計 ………………………………………………… 51
附錄二 ALTERA 下載版製作 ……………………………………… 53
附錄三 PLL 鎖相迴路 Lay Out 圖 ……………………………… 56
附錄四 Mixer & IF Amp. Lay Out 圖 ………………………… 57
附錄五 Modulator Lay Out 圖 ………………………………… 58
附錄六 Pre. Amp. Lay Out 圖 ………………………………… 59
附錄七 PIC & Altera Lay Out 圖 …………………………… 60
附錄八 8051 & Altera Lay Out 圖 …………………………… 61
附錄九 光電感測概論 …………………………………………… 62
附錄十 PIC16F877組合語言程式碼 ……………………………… 67
附錄十一 系統照片圖 ……………………………………………… 79
參考文獻 …………………………………………………………… 84
作者自述 …………………………………………………………… 85
[1] 認識雷射:光電科技的第一步(上) 國興發行 許根玉編撰
[2] 認識雷射:光電科技的第一步(下) 國興發行 許根玉編撰
[3] 雷射光電 :/工業量測.控制.感測之應用 行政院/國家科學委員會/光電小組
[4] 日本工業用書:電晶體設計鐵則 鈴木雅臣著(JAPANESE)
[5] MODERN COMMUNICATION CIRCUITS (Second Edition) / McGRAW-HILL / JACK R. SMITH
[6] RF CIRCUIT DESIGN / 東南書報社 /CHRIS BOWICK
[7] 鎖相環(PLL)應用技術 / 文笙書局 / 許溢恬
[8] PHASE-LOCKED LOOP CIRCUIT DESIGN / PRENTICE-HALL / DAN H. WOLAVER
[9] VERILOG HDL / 全華 / SAMIR PALNITKAR
[10] PIC16F877 USER’S GUIDE & MPLAB-ICD USER’S GUIDE
[11] NOISE REDUCTION TECHNIQUES IN ELECTRONIC SYSTEM (Second Edition) / JOHN WILEY & SONS
[12] 幾何光學 / 全欣出版 / 耿繼業,何建娃 編著
[13] INDUSTRIAL APPLICATIONS OF LASER / NEW YORK, ACADEMIC PRESS / JOHN F. READY
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