小角度测量仪的研制

摘要

角度是一个重要的几何参数，角度测量是几何量测量的一个重要组成部分。角度测量特别是微小角度的测量，在精密测试、精密加工、定位系统中占有重要的地位。因而研制一种便携式的、小型化和高精度的小角度测量仪器很有必要。小角度测量的方法大多采用光电式的非接触测量方法，其中自准直测量法具有结构简单，使用方便，测量精度高的优点，便于实现小角度测量系统的自动化和小型化。本文在探讨了自准直原理的基础上，设计了基于自准直原理的光学测量系统，运用光电位置传感器(PSD)作为位置探测器件，使用MSP430F149作为嵌入式处理器，研制出了一维小角度的测量仪器。
　　 本文介绍了测量系统的光学系统设计方案、信号处理电路的硬件和软件的设计方法。通过使用PSD做为位置探测器，把光点的位置信号转变为电信号，电信号通过PSD调理电路，微弱信号经过放大、滤波和A/D转换后，输入到MSP430进行数据处理，从而得出光点的位置，根据位移量计算得出角度值。其中设计的PSD基于数字运算的调理电路，使得硬件结构得以简化，且避免了模拟器件运算带来的噪声和精度问题。使用MSP430作为嵌入式处理器，结合插值的方法，减少PSD的非线性误差，提高了小角度测量的精度，通过使用RS232和PC机进行通信，实现数据的自动化的采集。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外小角度测量的研究现状

1.3.1 机械测角法

1.3.2 电磁测角法

1.3.3 光学测角法

1.4 研究的主要内容

第2章 系统原理及方案设计

2.1 光学自准直原理

2.2 PSD相关理论介绍

2.2.1 PSD工作原理

2.2.2 PSD参数分析

2.2.3 PSD影响因素

2.3 系统总体方案设计

2.3.1 光路系统设计

2.3.2 PSD选择

2.3.3 光源选择

2.4 本章小结

第3章 系统电路设计

3.1 PSD信号处理电路设计

3.1.1 电路总体方案的设计

3.1.2 前置放大电路设计

3.1.3 二级放大电路

3.1.4 滤波电路

3.1.5 电路抗干扰性设计

3.2 嵌入式系统设计

3.2.1 嵌入式系统总体设计

3.2.2 电源模块

3.2.3 A/D转换电路的设计

3.2.4 显示、通讯模块

3.3 本章小结

第4章 系统软件设计

4.1 软件总框图

4.2 A/D采样子程序

4.3 角度计算子程序

4.4 液晶显示

4.5 本章小结

第5章 实验结果及分析

5.1 实验环境

5.2 PSD位置标定

5.2.1 线性区域选定

5.2.2 背景光和杂散光的处理

5.2.3 位置检测误差的测定

5.2.4 位置标定

5.2.5 重复性测试实验

5.3 仪器参数测试

5.3.1 角度精度测量实验

5.3.2 其他参数测试

5.4 实验结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢