激光三角测距实验第八组报告

激光三角测距实验

——第八组

一、实验目的

学习激光三角测距基本原理；了解激光三角测距的应用；搭建激光三角测距系统，实现测量距离的显示，掌握激光三角测距技术。

二、实验原理

三角位移测量系统是从光源发射一束光到被测物体表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置，从而计算出物点的位移。由于入射光和反射光构成一个三角形，所以这种方法被称为三角测量法，又可按入射光线与被测工件表面法线的关系分为直射式和斜射式。

三、摆放方式

直射式直射式三角法测量等效光路如图 1 所示。激光器发出的光线,经会聚透镜聚焦后垂直入射到被测物体表面上,物体移动或表面变化导致入射光点沿入射光轴移动。接收透镜接收来自入射光点处的散射光，并将其成像在光点位置探测器(如PSD、CCD)敏感面上。

若光点在成像面上的位移为x′,利用相似三角形各边之间的比例关系，有

化简后可求出被测面的位移

式中，a 为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b 为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；α 为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；β 为探测器与接收透镜光轴之间的夹角。

斜射式

图3.2 为斜射式三角测量原理图，激光器发出的光与被测面的法线方向成一定角度入射到被测面上，同样用接收透镜接收光点在被测面的散射光或反射光。

若光点的像在探测器敏感面上移动x′，则物体表面沿法线方向的移动距离为x，利用相似三角形的比例关系，参照前一个公式，用x/cosγ 替换x，α+γ 替换α，有

式中，α 为激光束光轴与被测面法线之间的夹角；γ 为成像透镜光轴与被测面法线之间的夹角；β 为探测器光轴与成像透镜光轴之间的夹角。当γ 为零时，属于斜入射直接收式。

直射式和斜射式特点比较

斜射式可接收来自被测物体的正反射光，比较适合测量表面接近镜面的物体。λ直射式接收散射光，适合于测量散射性能好的表面，如果表面较为平滑，则可能由于耦λ合到光电探测器的散射光强过弱，使测量无法进行，也就是说可能存在测量盲区。斜射式入射光光点照射在物体不同的点上，因此无法直接知道被测物体某点的位移情况,λ而直射式可以。当然，斜射式也可以通过标定的方法得出位移。直射式光斑较小，光强集中，不会因被测面不垂直而扩大光斑，而且一般体积较小。斜λ射式传感器分辨率高于直射式，但它的测量范围较小，体积较大。斜入射直接收式传感器的体积和直入射式相当，并且分辨率高于直射式，因此较为常用。

四、实验过程

为缩小实验误差，我们组经过多次实验，最终采用了如下摆放方式

式中，s为激光束光轴和接收光轴的交点到激光发射点的距离；b 为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；x′是光点在成像面上的位移；d是激光发射点和接收透镜的距离。

五、实验结果及程序

我们将接收板移动4.5cm。经过一系列操作，得到了成像面上变化前后的两个点坐标（46，34）（41，33）s=90cm d=20cm b=6mm f=0.604cm 最终根据公式求得x=3.95cm 实验误差为12%。

经过编程、烧录等过程，我组通过实验验收。

针对实验要求，我们进行了如下的程序设计，以求得正确的结果，代码如下#include

unsigned long inPutWord=0;

unsigned long j=5;

sbit Key1=P2^6;

char code SEG7[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

char code ACT[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};

char SAV[6]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};

void delay(char time)

{

while(time>0)time--;

}

void display()

{

char i=0;

for(i=0;i<6;i++)

{

P0=SEG7[SAV[i]];

P2=ACT[i];

delay(350);

}

}

bit CheckKey()

{

if(Key1==0)

{

delay(200);

if(Key1==0)

{

return 1;

}

else

{

return 0;

}

}

return 0;

}

void initialise()

{

SM0=0;

SM1=1;

REN=1;

TI=0;

RI=0;

PCON=0;

TH1=0xFD;

TL1=0XFD;

TMOD=0X20;

EA=1;

ET1=0;

ES=1;

PS=1;

TR1=1;

}

void main()

{

initialise();

while(1)

{

if(!CheckKey())

{

ES=1;

}

display();

}

}

void intrr() interrupt 4

{

char temp;

temp=SBUF;

if((temp>=112)&&(temp<=121))

{

inPutWord=temp-112;

SAV[j--]=inPutWord;

}

else if(temp==13)

{

j=5;

}

RI=0;

}

六、实验中遇到的问题

我们组第一次采取的是直射式的摆放方式，但是由于角度以其他问题导致实验结果误差较大，不被采取。之后采取的摆放方式，很好的解决了之前的问题，没有了角度计算，最终成功缩小了实验误差。

七、心得体会

在这次实验中，我们接触了单片机、激光器等设备，这使得我们对激光测距有了初步的了解，也提高了我们的动手能力；此外，我们在这次实验中，我们做了很多计算，因此还提高了我们的计算和推理能力；我们还在实验中写了电脑程序，回顾了我们曾经学过的C语言；更重要的是，我们通过合作，终于完成了任务，我们也体会了团队合作的快乐。我相信，这次实验将会是我毕业之后美好的回忆！