PSD光电位置探测器实时测距系统研究(2)
1.2 本论文的主要工作
本文的主要工作就是利用PSD光电位置探测器对进行实时测距系统的理论研究具体工作包括以下几点：
（1） 利用PSD光电探测器对目标位置变化进行探测，设计相应驱动电路；
（2） 设计电流电压放大电路对PSD传感器输出的微弱电流信号转换为电压并放大；
（3）设计运算电路对电压放大输出信号进行处理；
（4）设计除法电路输出输出信号,并通过单片机进行A/D转换，使电路输出信
号在液晶屏上显示距离值。
2 测距系统的发展状况
传统的几何测量方法为接触式测量，从早期的刻度尺到现在的游标尺、螺旋仪等。非接触距离测量，可以分为光学方法和非光学方法。非光学方法包括微波测距、超声波测距、电感法、电容法等等；光学法包括光能法、相位法、光学扫描法、光学三角法等等。下面分别介绍其中的部分方法。
2.1 非光学方法
非光学方法分为：电容法、超声波测距、微波测距等等。
2.1.1 电容法
电容式测距传感器能够检测任何固体和液体材料。正如其名称指出的那样，这类传感器通过检测外界物体靠近传感器所引起的电容变化来反映距离信息。其工作原理基于以下公式：
式中：ε为电容极板间介质的介电常数；A为两平行板的面积；d为两平行板之间的距离；
只要ε、A和d三个参数中任意一个发生变化，均会引起电容量的变化，再由检测电路根据电容量的变化，确定位移的方向和大小。一般电容式测距常以间距d来测量距离，因为它的灵敏度高于改变其它参数的灵敏度。改变平行板间距d的电容传感器可以测量微米级的距离，而变化面积A只适用于测量厘米数量级的距离。电容式测距传感器有结构简单、动态性好、灵敏度高和分辨率强等特点，它可用于无接触检测，并可在恶劣环境下工作，故广泛的应用于检测距离、振动、角度、速度、加速度、压力等量。但电容法测距容易受外界电磁场的干扰，而且温度、物体内部材质的不均匀性也影响测量精度。若要求测量误差小于被测厚度的5％时，则需恒定温度且待测物体表面要规则。
该方法就是通过快速移相以及缩短干涉图采样时间，将整个过程的时间缩短到远远小于环境振动周期，从而明显减小振动对干涉测量的影响。其典型代表是D.Colucci等人提出的视频位相采集系统[6]以及Cole提出的基于高速移相与CCD快速采样的振动补偿方法。这类方法虽然装置简单易于实现，但是由于受到CCD帧频的限制，测量速度难以进一步提高，只能对低频振动有较好补偿效果。
2.1.2 超声波测距
人耳能听到的声波频率在20Hz—20KHz之间，超过20KHz，人耳所不能听到的声波，称为超声波。声波的频率愈高，波长愈短，绕射现象愈小。最明显的特征是方向性好。能够成为射线而定向传播，与光波的某些特性(如反射、折射定律)相似。超声波的这些特性使之能够应用于距离测量。
超声测距传感器目前在移动式机器人导航和避障中应用很广泛。它的测量原理基于测量渡越时间，即测量从发射换能器发出的超声波，经目标反射后沿原路返回接收换能器所需的时间。由渡越时间和介质中的声速即可求得目标与传感器的距离。
目前超声测距传感器主要应用于导航和避障，其它还有焊缝跟踪，物体识别等。日本东京大学的Sasaki和Takano研制了一种由步进电机带动可在 范围内进行扫描的超声测距传感器，它可以获得两文的位置，若配合手臂运动，可进行三文空间的探测，从而得到环境中物体的位景。传感器的探测距离为15 mm～200mm，分辨率为O.1mm，这些性能指标使超声波测距传感器在最小探测距离和精度上都有所突破。