專利名稱：光電定向?qū)嶒?yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光電定向?qū)嶒?yàn)儀，該實(shí)驗(yàn)儀用于演示用光學(xué)系統(tǒng)來測定目標(biāo)的方位，用于演示光電制導(dǎo)、光電準(zhǔn)直和光電自動跟蹤等實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
目前在光電探測系統(tǒng)中廣為使用的多元非成像光電探測器多為四象限光電探測器件。四象限光電探測器是把四個(gè)性能完全相同的光電二極管按照直角坐標(biāo)要求排列而成的光電探測器件，目標(biāo)光信號經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在四象限光電探測器上成像。由于器件是象限化的，因此當(dāng)被測物體的光輻射到四象限探測器的各個(gè)象限的輻射通量相等時(shí)，則各個(gè)象限輸出的光電流相等，光斑位于四象限探測器的中心。而當(dāng)目標(biāo)發(fā)生偏移時(shí)，由于象限間輻射通量的變化，引起各個(gè)象限的輸出光電流的變化，由此可測出物體的方位，從而起到跟蹤、制導(dǎo)的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了設(shè)計(jì)一種光電定向?qū)嶒?yàn)儀，能夠演示光電制導(dǎo)、光電準(zhǔn)直和光電自動跟蹤等實(shí)驗(yàn)，了解四象限探測器的性能及觀察它接收到的信號。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案本實(shí)用新型的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，包括激光器及其激光器控制電路和光探測器及其控制電路，激光器和光探測器分別安裝在二維平移可調(diào)支架上，兩個(gè)二維平移可調(diào)支架下端的滑塊置于同一導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌固定在臺面上，激光器和探測器相對放置，光探測器的控制電路的輸出端是串行接口電路作為實(shí)驗(yàn)儀的輸出端。
所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，激光器控制單元包括信號發(fā)生電路和激光器驅(qū)動電路，信號發(fā)生電路的輸出和激光器驅(qū)動電路的輸入端連接，激光器的驅(qū)動電路的輸出端與激光器連接。
所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，探測器的輸出與前置放大器輸入端連接，前置放大器的輸出端與展寬電路輸入端連接，展寬電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出與單片機(jī)連接，單片機(jī)輸出與串行接口電路連接。
所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，光探測器安裝的二維平移可調(diào)支架由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)與光探測器控制電路連接。
所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，光探測器采用四象限探測器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)結(jié)合，對光斑的跟蹤實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。


圖1是實(shí)驗(yàn)儀總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是安裝激光器的二維平移可調(diào)支架結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是安置光探測器的二維平移可調(diào)支架結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是激光器控制電路示意圖；圖5是光探測器控制電路示意圖；圖6是單片機(jī)程序軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
以650nm激光器作為光源發(fā)出光信號，四象限探測器作為探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，用A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號送給單片機(jī)，單片機(jī)和計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)顯示光斑位置，并通過計(jì)算機(jī)與單片機(jī)通信，控制步進(jìn)電機(jī)的移動達(dá)到準(zhǔn)直的目的。
如圖1本實(shí)用新型光電定向?qū)嶒?yàn)儀包含激光器及其激光器控制電路和光探測器及其控制電路，激光器5和光探測器7分別安裝在二維平移可調(diào)支架上4和8上，兩個(gè)二維平移可調(diào)支架下端的滑塊置于同一導(dǎo)軌2上，導(dǎo)軌2固定在臺面1上，激光器5和光探測器7相對放置，光探測器的控制電路10的輸出端是串行接口電路作為裝置的輸出端。
如圖4激光器控制電路9包括信號發(fā)生電路和激光器驅(qū)動電路，信號發(fā)生電路的輸出和激光器驅(qū)動電路的輸入端連接，激光器的驅(qū)動電路的輸出端與激光器5連接。激光器控制電路給650nm半導(dǎo)體激光器提供了合適的驅(qū)動信號，讓它發(fā)出了足夠強(qiáng)的脈沖激光。信號發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號頻率和幅度均可以調(diào)節(jié)。
如圖5光探測器控制電路10給四象限探測器提供合適的工作條件，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并且經(jīng)過四個(gè)同樣的前置放大器將光電轉(zhuǎn)換后的四路電信號進(jìn)行放大以便于測量，光探測器7的輸出與前置放大器輸入端連接，前置放大器的輸出端與展寬電路輸入端連接，展寬電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出與單片機(jī)連接，單片機(jī)與串行接口電路連接。
光探測器安裝的二維平移可調(diào)支架由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。步進(jìn)電機(jī)與光探測器控制電路連接。
圖2是安裝激光器的二維平移可調(diào)支架結(jié)構(gòu)激光器5安裝筒6-5內(nèi)，安裝筒6-5固定在二維平移可調(diào)支架6的前后滑塊6-3上，前后滑塊6-3與上下滑塊6-1滑動連接，上下滑塊6-1與二維平移可調(diào)支架6的底臺6-7滑動連接，調(diào)節(jié)螺栓6-2和6-4可以使激光器發(fā)射光源在豎直和前后水平兩個(gè)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)二維平移可調(diào)支架下端的滑塊3置于導(dǎo)軌2上，二維平移臺可以在臺面1上沿導(dǎo)軌方向左右滑動，所以激光器可以實(shí)現(xiàn)三維即XYZ三個(gè)方向的移動；由于激光器發(fā)光的發(fā)射角較大，而探測器的光敏面較小，由此通過激光器鏡頭6-8的作用，使出射光可以進(jìn)行光斑大小的調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)過程中光斑面積要比探測器光敏面小。信號連接線6-6的作用是連接激光器與電路板上激光器的驅(qū)動信號。4是支撐桿。
圖3是安置光探測器的二維平移可調(diào)支架結(jié)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)4-1、精密滾珠絲桿4-3、聯(lián)軸器4-2、螺母4-4以及二維工作臺4組成，四象限探測器7安裝在上下移動的平移臺4-5上，上下移動的平移臺4-5加載到可前后移動的前后平移臺4-6上組成二維電控平移臺，通過控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來控制平移臺的前后及上下移動，從而帶動探測器前后上下移動。同時(shí)二維平移可調(diào)支架下端置于導(dǎo)軌2上。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)儀包括激光器發(fā)射裝置，探測器接收裝置都放置在實(shí)驗(yàn)箱中。裝置的串口通信接口與計(jì)算機(jī)相連就可以作實(shí)驗(yàn)。
我們用脈沖電源來驅(qū)動激光器5發(fā)光，然后由光探測器7將四個(gè)象限接收到的四路信號進(jìn)行放大，觀察放大信號，然后再通過展寬電路后觀察展寬信號。為了更加直觀的顯示四路信號的強(qiáng)弱，將四路展寬后的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，在電腦上直觀的顯示。計(jì)算機(jī)除了對四個(gè)象限光強(qiáng)電壓顯示以外，根據(jù)四象限探測器的性能以及整體裝置的性能計(jì)算出光斑中心的坐標(biāo)并根據(jù)光斑中心坐標(biāo)對光斑進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤顯示。
圖4是單片機(jī)的軟件程序流程圖定位的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，先使激光器的光斑照射在四象限探測器的光敏面內(nèi)，然后通過手動調(diào)節(jié)激光器的位置來使光斑的位置發(fā)生改變，從而引起四象限探測器各象限接收信號的改變，對信號的改變量進(jìn)行分析處理，計(jì)算位置偏移量，在計(jì)算機(jī)模擬光斑位置改變并且用動態(tài)的圖形顯示出來，同時(shí)在單片機(jī)上點(diǎn)亮一個(gè)LED來顯示哪個(gè)象限接收的光照最強(qiáng)；上述過程即為定位的實(shí)現(xiàn)。
跟蹤的實(shí)現(xiàn)跟蹤是指計(jì)算機(jī)發(fā)送指令和數(shù)據(jù)信息給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，從而控制四象限探測器的移動，讓四象限探測器光敏面中心與光斑中心重合。計(jì)算機(jī)界面上圓斑也就正好出現(xiàn)在正中間，通過此過程來演示準(zhǔn)直。
單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行處理，.定性的顯示光斑位置并接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令；計(jì)算機(jī)接收單片機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)，分別用數(shù)值和圖形的方式顯示單片機(jī)采集的電信號強(qiáng)弱，圖形方式是在田字格中顯示光斑的位置先用A/D轉(zhuǎn)換器將四路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)，單片機(jī)再對數(shù)值進(jìn)行處理并通過串行口將數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，還可以將前置放大器輸出的電信號以及展寬電路輸出的電信號作為信號測試裝置(如示波器)的輸入端，進(jìn)行幅度、頻率與脈寬的測量，進(jìn)行四路信號的比較。
權(quán)利要求1.一種光電定向?qū)嶒?yàn)儀，包括激光器及其激光器控制電路和光探測器及其控制電路，其特征在于激光器和光探測器分別安裝在二維平移可調(diào)支架上，兩個(gè)二維平移可調(diào)支架下端的滑塊置于同一導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌固定在臺面上，激光器和探測器相對放置，光探測器的控制電路的輸出端是串行接口電路作為實(shí)驗(yàn)儀的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于激光器控制單元包括信號發(fā)生電路和激光器驅(qū)動電路，信號發(fā)生電路的輸出和激光器驅(qū)動電路的輸入端連接，激光器的驅(qū)動電路的輸出端與激光器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于探測器的輸出與前置放大器輸入端連接，前置放大器的輸出端與展寬電路輸入端連接，展寬電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出與單片機(jī)連接，單片機(jī)輸出與串行接口電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于光探測器安裝的二維平移可調(diào)支架由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)與光探測器控制電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電定向?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于光探測器采用四象限探測器。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種光電定向?qū)嶒?yàn)儀，包括激光器及其激光器控制電路和光探測器及其控制電路，激光器和光探測器分別安裝在二維平移可調(diào)支架上，兩個(gè)二維平移可調(diào)支架下端的滑塊置于同一導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌固定在臺面上，激光器和探測器相對放置，光探測器的控制電路的輸出端是串行接口電路作為實(shí)驗(yàn)儀的輸出端。激光器控制單元包括信號發(fā)生電路和激光器驅(qū)動電路，激光器的驅(qū)動電路的輸出端與激光器連接。探測器的輸出與前置放大器輸入端連接，前置放大器的輸出端與展寬電路輸入端連接，展寬電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路連接，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出與單片機(jī)連接，單片機(jī)輸出與串行接口電路連接。光探測器的二維平移可調(diào)支架由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。
文檔編號G09B23/22GK2935330SQ20062009710
公開日2007年8月15日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者鄧標(biāo)華, 巴永光, 馬玲, 程勇 申請人:湖北眾友科技實(shí)業(yè)股份有限公司