红外位移测量模块实验指导书.doc

红外位移测量模块实验指导书

红外位移测量模块实验指导书

深圳市鸥鹏科技有限公司
2009.11
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实验 红外位移测量模块实验指导书
一、 实验目的
1. 掌握学习LabVIEW软件的使用；
2. 认识红外传感器的工作原理；
3. 掌握使用红外传感器进行位移测量的方法。
二、 实验原理
红外传感器是基于三角测量原理设计的。如图1-1所示，红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束反射回来，反射的红外光线被CCD检测器接收以后，得到一个偏移值L。利用三角关系，以知发射角度α，偏移距L，中心距X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。

图1-1 三角测量原理 图1-2 红外传感器电压与检测距离间关系
当距离D足够小的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围。这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测的物体越远，CCD的分辨率要求就越高。
输出电压与检测距离之间的关系如图1-2所示。从图中可以看出，传感器与被探测物体之间的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，这就要求测量时传感器与被探测物体之间距离应尽可能大于10cm。
此外，红外传感器的输出是非线性的。如果采用线性拟合的方法进行数据标定，误差很大。这里可以采用多项式拟合的方法。假设有一个高阶的多项式函数
y=anxn+a(n-1)x(n-1)+…+ax+a0
其中y代表距离，x代表红外传感器输出电压。如果该函数能够逼近实际的待拟合的数据，那么就采用该多项式作为传感器的输出函数。实际上，对于红外传感器来说，采用多项式函数拟合与采用线性最小二乘法拟合相比较，前者的误差大大减小。
三、 实验组件和设备
1. 红外位移测量模块；
2. 多路输出电源模块；
3. 多通道数据采集模块；
4. PC。
5. LabVIEW程序“红外位移测量模块_main.vi”。
四、 实验步骤
1. 关闭多通道数据采集模块开关，关闭多路输出电源模块电源开关。
2. 连接仪器设备。
(1) 用导线将红外位移测量模块的电源接口（φ16二芯航插）连接到多路输出电源模块的+5V输出端口。
(2) 将红外输出接口（φ12二芯航插）连接到多通道数据采集模块的1通道。
(3) 将多通道数据采集模块的电源接口（φ16二芯航插）连接到多路输出电源模块的+12V输出端口。
3. 打开多路输出电源模块电源开关、打开多通道数据采集模块开关。
4. 打开路径“红外位移测控模块\实验程序”，打开文件“红外位移测量模块_main.vi”。程序界面如图1-3所示。

图 1-3 红外位移测量模块主程序界面
5. 设置输入控件参数
(1) 通道选择设置为1。
(2) 采样频率设置为1。
(3) 采样长度设置为1024。
(4) 多项式拟合阶数设置为4。
6. 单击运行按钮，程序开始运行。
7. 记录采样数据点。
(1) 将挡板移动到距离红外传感器探头至少10cm外的位置。
(2) 将刻度尺上面显示的数据换算成挡板至传感器探头的距离，输入到“刻度尺读数”控件里。输入完成后，单击数据录入按钮，将刻度尺读数和传感器电压值记录到原始数据表格里。
(3) 继续向后移动挡板5cm，重复上一步的操作。如此重复9次，记录10组数据。
8. 单击拟合按钮，进行多项式拟合。观察拟合曲线的形状，如图1-4所示。

图 1-4 多项式曲线拟合后程序界面
9. 滑动挡板，读取挡板与传感器探头距离，并与红外传感器的测量数据进行比较。
10. 单击STOP按钮，退出程序。
五、 实验报告要求
1. 简述红外传感器的工作原理；
2. 简述使用红外传感器进行位移测量的方法；
3. 记录多项式拟合曲线；
4. 记录红外传感器的测量误差。
六、 注意事项
避免信号线带电插拔，造成仪器或设备受损。