臺灣博碩士論文加值系統

摘要

雷射感測為一種不具破壞性與非接觸性的測量方式，並且具有精準及較不受電磁波干擾的優點，然而在應用上極容易受到雲、霧及微粒之散射影響而無法達到預期的效果，如車輛防撞雷達系統、雷射測距系統等。因此，如何抑制這方面偵測干擾，遂成為設計者的很大挑戰。
本文應用檢偏振方法，實現雷射光對真實目標物與雲、霧、大氣微粒等干擾的訊號之辨識。內容將介紹半導體雷射的線性偏極化特性，反射光的漫反射與散射的極化差異，以及偏極光的檢偏原理。提出可區別真實目標與雲霧干擾的模組設計，並且對金屬面的車體、柏油路面、水泥牆、路樹、雨天、及以水霧模擬等目標或環境，進行實驗測試，以驗證系統之性能表現。
從測試結果得知，本文所提的理論與設計架構，對真實目標與雲霧干擾訊號有明顯的差異，此結果將有助於提升雷射感測系統在應用上的價值。

Abstract

Laser sensor system has advantages about non-destructive and non-contact measurement interrupted by electromagnetic wave. However, it is influenced easily by cloud and fog. Such as car collision avoidance system, laser range finder system, etc. Therefore, it is the challenge for designer to avoid these interruptions.
In this paper, we use polarization analyzed method to realize the laser light and recognize goal, cloud, fog, atmosphere and particle, etc. interference. The content introduces the difference between semiconductor-laser linear polarization characteristics and the polarization target scattering and reflection to separate atmosphere corpuscle from signal of the target. Principle of polarization analyzed proposing the designs which can recognize goals, cloud and fog`s interference. We are experimented with car body, boulevard, asphalt road, rainy day, cloud and fog, etc., which to prove the systematic performance.
The text theory and the structure proposal in this report have different results which know by this test result of the two signals with target, cloud and fog interference. This result will greatly increase the application of the laser sensor system.

目 錄

指導教授推薦書……………………………………………………
口試委員審定書………………………………………………………
授權書……………………………………………………………… iv
誌謝………………………………………………………………… v
中文摘要…………………………………………………………… vi
英文摘要…………………………………………………………… vii
目錄………………………………………………………………… viii
圖目錄……………………………………………………………… xi
第一章 緒論……………………………………………………… 1
1.1 研究動機………………………………………………… 1
1.2 研究目的…………………………………………………… 1
1.3 論文內容…………………………………………………… 2
第二章 雷射感測器原理…………………………………… 4
2.1 雷射感測器與目標物的空間關係………………………… 4
2.2 雷射感測器與接收端平面的角度關係………………… 5
2.3真實目標、雲霧干擾的不確定性關係……………………… 7
第三章 偏振及檢偏理論……………………………… 9
3.1 雷射原理簡介……………………………………………… 9
3.2 半導體雷射二極體元件之特性……………………… 11
3.3 光學接收鏡組……………………………………………… 17
3.3.1 非球面鏡特性……………………………………… 18
3.4 光檢測器特性………………………………………… 20
3.5 光偏極化的原理…………………………………………… 24
3.5.1 線偏極…………………………………………… 25
3.5.2 圓偏極…………………………………………… 26
3.5.3 橢圓偏極…………………………………………… 27
3.6 極化程度………………………………………………… 27
3.7 檢偏原理…………………………………………………… 31
3.8 反射光的性質……………………………………………… 32
3.8.1 光漫反射…………………………………………… 33
3.8.2 光散射…………………………………………… 34
第四章 系統架構與模組設計 ……………………………………… 36
4.1 系統架構設計……………………………………………… 36
4.2 雷射驅動與發射電路設計……………………………… 37
4.3光學發射模組設計…………………………………… 39
4.4光學接收模組設計……………………………………… 42
4.5 光接收放大器…………………………………………… 50
第五章 實驗與測試結果………………………………………… 51
5.1 實驗設備與模組雜訊描述……………………… 52
5.2 量測及實驗結果………………………………… 53
第六章 結論……………………………………………………… 62
參考文獻 …………………………………………………………… 63

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