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研究生:林馥慧
論文名稱:光電距離感測系統設計與研究
論文名稱(外文):Research on the Design of Optronics Sensing System for Distance Ranging
指導教授:沈志雄沈志雄引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:光電位置感測器三角測距法
外文關鍵詞:triangulationposition sensing detectorswitched-capacitor circuit
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光電檢測技術是一種非接觸式的新技術,它利用紅外線、雷射、光纖等現代光電元件做為基礎,透過被檢測物體反射回來的光進行檢測,即通過光電檢測元件接收光後將光學訊號量轉換為電壓訊號,再進一步經過放大、濾波等處理,提取出有用的訊息,最後再將其轉換成所須的幾何量或物理量等參數。
本研究主要以光電位置感測器做為光偵測器,利用三角測距法的架構設計一光電距離感測系統。利用差動式光電電路做為基本量測的主要電路,且運用兩款不同的光偵測器:光電位置感測器及兩顆光二極體分別進行量測。以二種不同的元件做為光偵測器主要是探討兩者之間是否可能相互替代。
另外,我們利用傳統交換式電容架構電壓減法器的概念,設計一款新穎交換式電容架構電流減法器。設計的主要目的在於使光電位置感測器接收到訊號後,所產生的光電流不須經由轉阻放大器轉換為電壓,可直接做減法運算。此法可減少運算放大器的個數進而縮小使用面積且降低電路複雜度。
The laser ranging techniques are divided into triangulation mode, phase-shift mode and time-of-flight mode. The technique of triangulation has a long history which utilizes laser-triangle-projected measurement to evaluate the distance, and that is one of the geometric optics measurements. In this thesis, we utilize a position sensing detector (PSD) in the receiving circuits to produce photocurrent and then transform photocurrent to voltage by a transimpedance amplifier.
This research describes two photodetector which replace the PSD for range measurement. By utilizing the triangulation technique, we designed an optronics sensing system. We use a differential optronics circuit as the main component by two kinds of photodetector which are PSD and two photodiodes. Finding the different characteristics between PSD and two photodiodes is the purpose in our experiment.
In order to minimize the usage of OPA, we use photocurrent as the signal source with implementation of switched-capacitor circuit to form a current -subtraction circuit. Simulation results show our design which is compact and that met our predictions.
目錄
中文摘要………………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………………II
謝誌…………………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………………IV
表目錄………………………………………………………………………VII
圖目錄…………………………………………………………………………IX
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1-1 研究動機…………………………………………………………………1
1-2本文架構…………………………………………………………………4
第二章 測距儀分類與原理…………………………………………………6
2-1 測距儀分類與簡介……………………………………………………6
2-1-1 三角測距法……………………………………………………7
2-1-2 相位雷射測距法………………………………………………..8
2-1-3干涉式雷射測距法……………………………………………..9
2-1-4 脈衝式雷射測距法……………………………………………..10
2-2 半導體接面型光電元件..…………………………………………13
2-2-1 光二極體…………………………………………………..…13
2-2-2 光電晶體…………………………………………………………16
2-2-3雪崩型光電二極體………………………………………………17
2-2-4 光電位置感測器…………………………………………………..19
2-3 光電位置感測器測距工作原理……………………………………22
2-3-1 光電位置感測器的特性…………………………………………...25
2-3-2 光二極體的特性………….……………………………………...27
第三章 電路設計與模擬分析…………………………………………30
3-1 差動式光電電路分析與設計.....…………………………………31
3-3-1 雷射…….……………………………………………………31
3-1-2 光電位置感測器……………………………………………32
3-1-3 電路分析……………………………………………………32
3-2 交換式電容架構電路設計與模擬…….………………………37
3-2-1 連續時間回授放大器…………………………………………38
3-2-2 交換電容式放大器介紹…………………………………………38
3-2-3 傳統交換式電容架構電壓減法器……………………………41
3-2-4 新穎交換式電容架構電流減法器……………………………43
3-2-5 新穎交換式電容架構電流減法器模擬……………………47
第四章 研究設計與實驗方法……………………………………………52
4-1 光電位置感測器之基本測距………………………………………52
4-1-1 基本測距實驗一…………………………………………………57
4-1-2 基本測距實驗二…………………………………………………63
4-1-3 基本測距實驗三…………………………………………………69
4-1-4 透鏡焦距調變……………………………………………………72
4-2 雙光二極體測距…………………….……………………………77
4-3雜訊抖動量……….……………………………………….…..81
第五章 結論與未來發展方向……….……………………………………85
5-1 結論……………………………………………………………………85
5-2 未來發展與方向…..…………………………………………………88
參考文獻………………………………………………………………………89
著作……………………………………………………………………………92
參考文獻
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