專利名稱：光電定向實驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電定向實驗儀，該實驗儀用于演示用光學系統來測定目標的方位，用于演示光電制導、光電準直和光電自動跟蹤等實驗。
背景技術：
目前在光電探測系統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性能完全相同的光電二極管按照直角坐標要求排列而成的光電探測器件，目標光信號經光學系統后在四象限光電探測器上成像。由于器件是象限化的，因此當被測物體的光輻射到四象限探測器的各個象限的輻射通量相等時，則各個象限輸出的光電流相等，光斑位于四象限探測器的中心。而當目標發生偏移時，由于象限間輻射通量的變化，引起各個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、制導的作用。
發明內容
本實用新型的目的是為了設計一種光電定向實驗儀，能夠演示光電制導、光電準直和光電自動跟蹤等實驗，了解四象限探測器的性能及觀察它接收到的信號。
本實用新型的技術方案本實用新型的光電定向實驗儀，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支架上，兩個二維平移可調支架下端的滑塊置于同一導軌上，導軌固定在臺面上，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驗儀的輸出端。
所述的光電定向實驗儀，激光器控制單元包括信號發生電路和激光器驅動電路，信號發生電路的輸出和激光器驅動電路的輸入端連接，激光器的驅動電路的輸出端與激光器連接。
所述的光電定向實驗儀，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轉換電路連接，A/D轉換電路的輸出與單片機連接，單片機輸出與串行接口電路連接。
所述的光電定向實驗儀，光探測器安裝的二維平移可調支架由步進電機驅動，步進電機與光探測器控制電路連接。
所述的光電定向實驗儀，光探測器采用四象限探測器。
本實用新型的優點是結構緊湊，計算機與單片機結合，對光斑的跟蹤實時準確。
圖1是實驗儀總體結構示意圖；圖2是安裝激光器的二維平移可調支架結構示意圖；圖3是安置光探測器的二維平移可調支架結構示意圖；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是單片機程序軟件流程圖。
具體實施方式
以650nm激光器作為光源發出光信號，四象限探測器作為探測器將光信號轉換為電信號，用A/D轉換芯片將模擬信號轉換數字信號送給單片機，單片機和計算機對數據進行處理，實時顯示光斑位置，并通過計算機與單片機通信，控制步進電機的移動達到準直的目的。
如圖1本實用新型光電定向實驗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支架上4和8上，兩個二維平移可調支架下端的滑塊置于同一導軌2上，導軌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包括信號發生電路和激光器驅動電路，信號發生電路的輸出和激光器驅動電路的輸入端連接，激光器的驅動電路的輸出端與激光器5連接。激光器控制電路給650nm半導體激光器提供了合適的驅動信號，讓它發出了足夠強的脈沖激光。信號發生器產生的脈沖信號頻率和幅度均可以調節。
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，將光信號轉換為電信號，并且經過四個同樣的前置放大器將光電轉換后的四路電信號進行放大以便于測量，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轉換電路連接，A/D轉換電路的輸出與單片機連接，單片機與串行接口電路連接。
光探測器安裝的二維平移可調支架由步進電機驅動。步進電機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支架結構激光器5安裝筒6-5內，安裝筒6-5固定在二維平移可調支架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與二維平移可調支架6的底臺6-7滑動連接，調節螺栓6-2和6-4可以使激光器發射光源在豎直和前后水平兩個方向進行調節，同時二維平移可調支架下端的滑塊3置于導軌2上，二維平移臺可以在臺面1上沿導軌方向左右滑動，所以激光器可以實現三維即XYZ三個方向的移動；由于激光器發光的發射角較大，而探測器的光敏面較小，由此通過激光器鏡頭6-8的作用，使出射光可以進行光斑大小的調節，實驗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動信號。4是支撐桿。
圖3是安置光探測器的二維平移可調支架結構主要由步進電機4-1、精密滾珠絲桿4-3、聯軸器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，通過控制步進電機的正轉、反轉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。同時二維平移可調支架下端置于導軌2上。
整個實驗儀包括激光器發射裝置，探測器接收裝置都放置在實驗箱中。裝置的串口通信接口與計算機相連就可以作實驗。
我們用脈沖電源來驅動激光器5發光，然后由光探測器7將四個象限接收到的四路信號進行放大，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弱，將四路展寬后的信號經過A/D轉換電路轉換后，由單片機進行數據采集，將采集到的數據送入計算機，在電腦上直觀的顯示。計算機除了對四個象限光強電壓顯示以外，根據四象限探測器的性能以及整體裝置的性能計算出光斑中心的坐標并根據光斑中心坐標對光斑進行實時跟蹤顯示。
圖4是單片機的軟件程序流程圖定位的實現進行實驗時，先使激光器的光斑照射在四象限探測器的光敏面內，然后通過手動調節激光器的位置來使光斑的位置發生改變，從而引起四象限探測器各象限接收信號的改變，對信號的改變量進行分析處理，計算位置偏移量，在計算機模擬光斑位置改變并且用動態的圖形顯示出來，同時在單片機上點亮一個LED來顯示哪個象限接收的光照最強；上述過程即為定位的實現。
跟蹤的實現跟蹤是指計算機發送指令和數據信息給單片機，單片機根據這些信息來驅動步進電機，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。計算機界面上圓斑也就正好出現在正中間，通過此過程來演示準直。
單片機進行數據采集并進行處理，.定性的顯示光斑位置并接收計算機發送的指令；計算機接收單片機傳遞的數據，分別用數值和圖形的方式顯示單片機采集的電信號強弱，圖形方式是在田字格中顯示光斑的位置先用A/D轉換器將四路模擬信號轉換為數字信號送入單片機，單片機再對數值進行處理并通過串行口將數據發送到計算機。
本實用新型的光電定向實驗儀，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，進行幅度、頻率與脈寬的測量，進行四路信號的比較。
權利要求1.一種光電定向實驗儀，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支架上，兩個二維平移可調支架下端的滑塊置于同一導軌上，導軌固定在臺面上，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驗儀的輸出端。
2.根據權利要求1所述的光電定向實驗儀，其特征在于激光器控制單元包括信號發生電路和激光器驅動電路，信號發生電路的輸出和激光器驅動電路的輸入端連接，激光器的驅動電路的輸出端與激光器連接。
3.根據權利要求1或2所述的光電定向實驗儀，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轉換電路連接，A/D轉換電路的輸出與單片機連接，單片機輸出與串行接口電路連接。
4.根據權利要求1或2所述的光電定向實驗儀，其特征在于光探測器安裝的二維平移可調支架由步進電機驅動，步進電機與光探測器控制電路連接。
5.根據權利要求1或2所述的光電定向實驗儀，其特征在于光探測器采用四象限探測器。
專利摘要本實用新型提供一種光電定向實驗儀，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支架上，兩個二維平移可調支架下端的滑塊置于同一導軌上，導軌固定在臺面上，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驗儀的輸出端。激光器控制單元包括信號發生電路和激光器驅動電路，激光器的驅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轉換電路連接，A/D轉換電路的輸出與單片機連接，單片機輸出與串行接口電路連接。光探測器的二維平移可調支架由步進電機驅動。
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 優先權日2006年6月8日
發明者鄧標華, 巴永光, 馬玲, 程勇 申請人:湖北眾友科技實業股份有限公司