大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法，該光斑定位跟蹤傳感器包括：由多個(gè)矩形光電池連接形成的光電池組，每個(gè)矩形光電池彼此電性絕緣；多路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊，包括多個(gè)預(yù)處理支路模塊，對(duì)光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理得到模擬信號(hào)；AD轉(zhuǎn)換模塊，連接至每一路預(yù)處理支路模塊的輸出端，將輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，連接至AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算光斑位置，包括：由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再按所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。
【專利說(shuō)明】大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測(cè)量與自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有優(yōu)良的方向性和高亮度，可作為直線與掃描平面基準(zhǔn)，已廣泛用于大地測(cè)量與建設(shè)工程的直線或水平線測(cè)量基準(zhǔn)，作為公路鋪路、河道、隧道開通、機(jī)場(chǎng)、廣場(chǎng)建筑保證直線度與平面度的基準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)按激光平面進(jìn)行自動(dòng)加工，在這些測(cè)量與控制工程中最重要的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備就是準(zhǔn)直激光或掃描激光的探測(cè)與跟蹤傳感與控制，定量實(shí)時(shí)給出待測(cè)量和待加工的平面離基準(zhǔn)線和平面的差值，以保證待測(cè)量平面的高程形貌，或?yàn)楸ＷC待加工平面的平面度或直線度所需要的進(jìn)刀量，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤控制。
[0003]CO)光斑位置探測(cè)、PSD (Position Sensitive Device)光斑位置探測(cè)傳感器都是測(cè)量和定位領(lǐng)域中常用的探測(cè)技術(shù)，而兩象限或四象限光電池因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低且光敏面大而在光束導(dǎo)引和跟蹤工程和光斑位置靶中也得到有大量應(yīng)用，因此研制一種精度與CCD和PSD相當(dāng)而價(jià)格低得多，特別是量程或動(dòng)態(tài)范圍有大得多的光電傳感器是很有必要的。
[0004]作為直線度與平面度測(cè)量和控制系統(tǒng)對(duì)光電探測(cè)技術(shù)的要求是高精度與大量程，特別是在復(fù)雜工作面的跟蹤控制要求大的動(dòng)態(tài)范圍和量程，而現(xiàn)有的用于定位的探測(cè)傳感器精度皆達(dá)0.0lmm級(jí)，可滿足要求，但由于受到CXD和PSD芯片尺寸的限制，量程都在10毫米級(jí)，較大尺度價(jià)格很高，在很需要大長(zhǎng)度的跟蹤測(cè)量不得不用多個(gè)線CCD或PSD拼接，但存在拼接間隔，坐標(biāo)統(tǒng)一校正困難，光電池作為光斑位置探測(cè)與自動(dòng)跟蹤傳感器遠(yuǎn)比CCD等價(jià)格低，兩象限光電池也常用于精密測(cè)量，特別是跟蹤控制工程中，但工作區(qū)也僅局限于象象限和光斑大小尺度，因此研制既有高精度又具有幾十厘米的動(dòng)態(tài)測(cè)量與跟蹤范圍的光電探測(cè)與跟蹤傳感器是迫切需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明旨在提供一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，包括:
[0008]由N個(gè)矩形光電池連接形成的光電池組，其中每個(gè)矩形光電池彼此電性絕緣；
[0009]N路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊，包括N個(gè)預(yù)處理支路模塊，分別對(duì)所述N個(gè)矩形光電池輸出的光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到模擬信號(hào)；
[0010]AD轉(zhuǎn)換模塊，連接至所述每一路預(yù)處理支路模塊的輸出端，將每一路預(yù)處理支路模塊輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；以及
[0011]計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，連接至所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算光斑位置，其中:
[0012]由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再基于所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。
[0013]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述N個(gè)矩形光電池的正極相連形成為一極引出，所述N個(gè)矩形光電池的負(fù)極分別引出并與所述N路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊的N個(gè)預(yù)處理支路模塊連接。
[0014]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一單片機(jī)，其運(yùn)行有用于對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算光斑位置的程序。
[0015]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，用于對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算光斑位置。
[0016]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述N個(gè)矩形光電池實(shí)際輸出的光電池信號(hào)經(jīng)過放大處理和AD轉(zhuǎn)換后，得到η個(gè)數(shù)字信號(hào)，η ^N,η個(gè)數(shù)字信號(hào)依次編序輸入所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)并按序建立光電池坐標(biāo)，其中:
[0017]基坐標(biāo)為Xq-Yq,各分界坐標(biāo)為Yn-Xn，其中:
[0018]Y0-X0, Y1-X1, Y2-X2, Y3-Xf Ym-Xn/" Yn-Xn，其中 Xm 為第 m 個(gè)矩形光電池與第 m+1 個(gè)矩形光電池的分界；
[0019]光斑覆 蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值位于光斑覆蓋區(qū)域的強(qiáng)度中心。
[0020]進(jìn)一步的實(shí)施例中，光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值k滿足:
[0021]k= (n- (m-1) )/2+ (m-1),
[0022]則光斑測(cè)量坐標(biāo)為Yk_X，光斑中心在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置為Yk，則光斑在基坐標(biāo)YcrXtl中的位置為Y=Yk+G1+G2+G3+-+Gk_1，其中G表示分界坐標(biāo)的間隔。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，本發(fā)明的另一方面還提出一種利用上述的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器實(shí)現(xiàn)的光斑定位方法，該光斑定位方法包括以下步驟:
[0024]接收光斑覆蓋的多個(gè)光電池所輸出的光電池信號(hào)；
[0025]將光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0026]對(duì)放大后的光電池信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出；以及
[0027]將數(shù)字信號(hào)依次編序輸入一計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，計(jì)算光斑位置，其中:
[0028]由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再基于所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。
[0029]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述N個(gè)矩形光電池實(shí)際輸出的光電池信號(hào)經(jīng)過放大處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到η個(gè)數(shù)字信號(hào)，η ( N，η個(gè)數(shù)字信號(hào)依次編序輸入所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)并按序建立光電池坐標(biāo)，其中:
[0030]基坐標(biāo)為Xtl-Ytl,各分界坐標(biāo)為Yn-Xn，其中:
[0031]Y0-X0, Y1-X1, Y2-X2, Y3-X^Ym-XfYn-Xn，其中 Xm 為第 m 個(gè)矩形光電池與第 m+1 個(gè)矩形光電池的分界；
[0032]光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值位于光斑覆蓋區(qū)域的強(qiáng)度中心。
[0033]進(jìn)一步的實(shí)施例中，光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值k滿足:
[0034]k= (n- (m-1))/2+ (m_I)，
[0035]則光斑測(cè)量坐標(biāo)為Yk_X，光斑中心在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置為Yk，則光斑在基坐標(biāo)YcrXtl中的位置為Y=Yk+G1+G2+G3+-+Gk_1，其中G表示分界坐標(biāo)的間隔。
[0036]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，利用該單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)光斑位置定位。
[0037]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提出的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器及光斑定位方法由被光斑實(shí)際覆蓋的相鄰連續(xù)的光電池元自適應(yīng)組成局域二象限坐標(biāo)系，解決光斑直徑隨距離而變化而在光電池上的覆蓋面積和光強(qiáng)度都在變化帶來(lái)的計(jì)算問題。本發(fā)明的技術(shù)方案利用自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系以及光電池元的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)、光電池排列的固有分界間隔參數(shù)，利用DSP或MCU處理，得出光斑在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置，進(jìn)而得出其在整個(gè)基坐標(biāo)中的位置?？梢姡景l(fā)明的技術(shù)方案可滿足在復(fù)雜環(huán)境和長(zhǎng)距離變化條件下光斑位置與大小變化的測(cè)量要求。而且目前，光電池技術(shù)比較成熟，其價(jià)格遠(yuǎn)比同類的光電探測(cè)器低，多光電池長(zhǎng)列連接成一體可做到遠(yuǎn)比同類光電探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍大得多的線陣探測(cè)器，光斑在局域坐標(biāo)和到統(tǒng)一坐標(biāo)的變換皆為常見的代數(shù)運(yùn)算，可通過信息處理DSP或MCU實(shí)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案成本較低，實(shí)現(xiàn)過程不復(fù)雜，具有較大的推廣價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖2為圖1實(shí)施例中光電池坐標(biāo)的示意圖。
[0040]圖3為利用圖1實(shí)施例大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器實(shí)現(xiàn)光斑定位方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。
[0042]圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施方式大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器的結(jié)構(gòu)示意，其中，一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，包括:由N個(gè)矩形光電池(la、lb、lc、ld、le、lf、lg、lh)連接形成的光電池組1，其中每個(gè)矩形光電池彼此電性絕緣；N路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊2，包括N個(gè)預(yù)處理支路模塊(2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h)，分別對(duì)所述N個(gè)矩形光電池輸出的光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到模擬信號(hào)(％、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8);AD轉(zhuǎn)換模塊3，連接至所述每一路預(yù)處理支路模塊的輸出端，將每一路預(yù)處理支路模塊輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(Ul、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8);以及計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)4，連接至所述AD轉(zhuǎn)換模塊3的輸出端，對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算光斑位置，其中:由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再基于所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。[0043]圖1所示的實(shí)施例中，所述N取值為8，即前述的光電池組I由上述8個(gè)光電池(la、lb、lc、Id、le、If、lg、lh)組成。在另外的實(shí)施例中，前述的光電池組I還可以視設(shè)計(jì)或?qū)嶋H情況包括其他數(shù)目的光電池組，不限于8個(gè)。
[0044]本實(shí)施例中，光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)包括光電池在依次排列連接時(shí)，各光電池之間的距離，以及各光電池本身的長(zhǎng)度和寬度。這些固定參數(shù)可以認(rèn)為是已知參數(shù)，因?yàn)檫@些參數(shù)都是可以通過光電池的銘牌數(shù)據(jù)、說(shuō)明書或通過事先坐標(biāo)標(biāo)定，容易得到的。
[0045]有優(yōu)選地，所述N個(gè)矩形光電池的正極相連形成為一極弓丨出，所述N個(gè)矩形光電池的負(fù)極分別引出并與所述N路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊的N個(gè)預(yù)處理支路模塊連接。
[0046]每個(gè)矩形光電池與對(duì)應(yīng)的預(yù)處理支路模塊構(gòu)成多個(gè)并行的信號(hào)通道。
[0047]在一個(gè)可選的實(shí)施例中，前述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)4包括一單片機(jī)(MCU)，其運(yùn)行有用于對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算光斑位置的程序。
[0048]在另一些實(shí)施例中，前述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)4包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),用于對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算光斑位置。
[0049]顯然的，上述單片機(jī)(MCU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)均可作為一個(gè)微處理器系統(tǒng)使用，包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備。
[0050]由于光斑沿長(zhǎng)列光電池運(yùn)動(dòng)，特別是在復(fù)雜控制環(huán)境下位置變化動(dòng)態(tài)范圍很大?？邕^不同橫坐標(biāo)線的局域二象限坐標(biāo)，如何正確快速確定光斑在傳感器中的位置是傳感器控制的關(guān)鍵問題，在實(shí)際控制與測(cè)量中存在的有一難題就是由于激光的發(fā)散性，光斑直徑隨距離而變化，在光電池上的覆蓋面積和光強(qiáng)度都在變化，不能用固定的二象限方法計(jì)算。因此本實(shí)施例中，如上所述結(jié)合圖1、圖2所示，所述N個(gè)矩形光電池實(shí)際輸出的光電池信號(hào)經(jīng)過放大處理和AD轉(zhuǎn)換后，得到η個(gè)數(shù)字信號(hào)，n ^ N, η個(gè)數(shù)字信號(hào)依次編序輸入所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)并按序建立光電池坐標(biāo)，其中:`[0051]基坐標(biāo)為Xq-Yq,各分界坐標(biāo)為Yn-Xn，其中:
[0052]Y0-X0, Y1-X1, Y2-X2, Y3-X^Ym-XfYn-Xn，其中 Xm 為第 m 個(gè)矩形光電池與第 m+1 個(gè)矩形光電池的分界，如圖2所示；
[0053]光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值位于光斑覆蓋區(qū)域的強(qiáng)度中心。
[0054]作為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值k滿足:
[0055]k= (n- (m-1))/2+ (m_I)，
[0056]則光斑測(cè)量坐標(biāo)為Yk_X，光斑中心在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置為Yk，則光斑在基坐標(biāo)YcrXtl中的位置為Y=Yk+G1+G2+G3+-+Gk_1，其中G表示分界坐標(biāo)的間隔。
[0057]參考圖2所示，Y1, \、Y3> Y4> Y5> Y6> Y7> Y8確定分界坐標(biāo)的間隔G，作為前述的光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0058]若光班實(shí)際跨123光電池的光電池信號(hào)U1、U2、U3，選123電池的中值，如Y1-X1或Y2-X2為橫坐標(biāo)線，光斑在此坐標(biāo)中心為J1=R (U2+U3—Ul)/ (U2+U3+U1)=BR，而光斑隨距離變化、現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的困難等問題，確定R是關(guān)鍵點(diǎn)。本實(shí)施例中，采用事先標(biāo)定的方法。
[0059]由每次測(cè)量時(shí)光斑覆蓋光電池產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度占空比C= (Ul+U2+U3/3Um，Um為U1、U2、U3中的最大值，即滿覆蓋光電池信號(hào)值，R=H/2=C (GfGfG3)/2，R等于光斑半高，如此確定光斑高更恰當(dāng)?？捎靡苿?dòng)測(cè)微器測(cè)量光電池橫軸X1——Xn依次經(jīng)過同一光斑居中差值為零時(shí)的位置為Yn相鄰差值為Gn的標(biāo)定,則光斑在基坐標(biāo)Ytl-Xtl的坐標(biāo)值為=Y=Y1 (k取值為I)，如取Y2-X1坐標(biāo)，則Y=YJG1 (k取值為2)。
[0060]例如，若光電池的輸出信號(hào)為U2、U3、U4、U5，則表明光斑實(shí)際覆蓋光電池2、3、4、5，如前述中值k計(jì)算公式，中值線為:(5- (2-1)) /2+1=3，取Y3—X為橫軸，可得到光斑位置Y3，則在基坐標(biāo) Y0-X0 中的位置為 Y=YfGAGJG3+...+Gh=YJGJG1ij
[0061]圖3所示為利用圖1實(shí)施例大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器實(shí)現(xiàn)光斑定位方法的流程，其中，該光斑定位方法包括以下步驟:
[0062]接收光斑覆蓋的多個(gè)光電池所輸出的光電池信號(hào)；
[0063]將光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0064]對(duì)放大后的光電池信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出；以及
[0065]將數(shù)字信號(hào)依次編序輸入一計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，計(jì)算光斑位置，其中:
[0066]由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再基于所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。
[0067]如前所述，所述N個(gè)矩形光電池實(shí)際輸出的光電池信號(hào)經(jīng)過放大處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到η個(gè)數(shù)字信號(hào)，η ( N，η個(gè)數(shù)字信號(hào)依次編序輸入所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)并按序建立光電池坐標(biāo),其中:`[0068]基坐標(biāo)為Xq-Yq,各分界坐標(biāo)為Yn-Xn，其中:
[0069]Y0-X0, Y1-X1, Y2-X2, Y3-X^Ym-XfYn-Xn，其中 Xm 為第 m 個(gè)矩形光電池與第 m+1 個(gè)矩形光電池的分界；
[0070]光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值位于光斑覆蓋區(qū)域的強(qiáng)度中心。
[0071]作為優(yōu)選的，斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值k滿足:
[0072]k= (n- (m-1) )/2+ (m-1),
[0073]則光斑測(cè)量坐標(biāo)為Yk_X，光斑中心在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置為Yk，則光斑在基坐標(biāo)YcrXtl中的位置為Y=Yk+G1+G2+G3+-+Gk_1，其中G表示分界坐標(biāo)的間隔。
[0074]作為可選的方式，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，利用該單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)光斑位置定位。
[0075]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，其特征在于，包括: 由N個(gè)矩形光電池連接形成的光電池組，其中每個(gè)矩形光電池彼此電性絕緣； N路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊，包括N個(gè)預(yù)處理支路模塊，分別對(duì)所述N個(gè)矩形光電池輸出的光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到模擬信號(hào)； AD轉(zhuǎn)換模塊，連接至所述每一路預(yù)處理支路模塊的輸出端，將每一路預(yù)處理支路模塊輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；以及 計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，連接至所述AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端，對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算光斑位置，其中: 由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再基于所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，其特征在于，所述N個(gè)矩形光電池的正極相連形成為一極引出，所述N個(gè)矩形光電池的負(fù)極分別引出并與所述N路探測(cè)信號(hào)預(yù)處理模塊的N個(gè)預(yù)處理支路模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一單片機(jī)，其運(yùn)行有用于對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算光斑位置的程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，用于對(duì)依次編序輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算光斑位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大量`程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，其特征在于，所述N個(gè)矩形光電池實(shí)際輸出的光電池信號(hào)經(jīng)過放大處理和AD轉(zhuǎn)換后，得到η個(gè)數(shù)字信號(hào)，η ( Ν，η個(gè)數(shù)字信號(hào)依次編序輸入所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)并按序建立光電池坐標(biāo)，其中: 基坐標(biāo)為Xc1-Yci，各分界坐標(biāo)為Yn-Xn,其中: Yq-Xci, Y1-X1, Y2-X2, Y3-X3-Ym-Xm-Yn-Xn，其中Xm為第m個(gè)矩形光電池與第m+1個(gè)矩形光電池的分界； 光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值位于光斑覆蓋區(qū)域的強(qiáng)度中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器，其特征在于，光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值k滿足:
k= (n- (m-1) )/2+ (m_l)， 則光斑測(cè)量坐標(biāo)為Yk_X，光斑中心在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置為Yk，則光斑在基坐標(biāo)YcrXo中的位置為，其中G表示分界坐標(biāo)的間隔。
7.一種利用權(quán)利要求1所述的大量程線陣光電池光斑定位跟蹤傳感器實(shí)現(xiàn)的光斑定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 接收光斑覆蓋的多個(gè)光電池所輸出的光電池信號(hào)； 將光電池信號(hào)進(jìn)行放大處理； 對(duì)放大后的光電池信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出；以及 將數(shù)字信號(hào)依次編序輸入一計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，計(jì)算光斑位置，其中: 由光斑覆蓋的連續(xù)矩形光電池組成自適應(yīng)的局域二象限坐標(biāo)系，得到光斑在該自適應(yīng)局域二象限坐標(biāo)系中的位置，再基于所述光電池組的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出光斑在所述光電池組所形成坐標(biāo)系中的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光斑定位方法，其特征在于，所述N個(gè)矩形光電池實(shí)際輸出的光電池信號(hào)經(jīng)過放大處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到η個(gè)數(shù)字信號(hào)，η ( N，η個(gè)數(shù)字信號(hào)依次編序輸入所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)并按序建立光電池坐標(biāo)，其中: 基坐標(biāo)為Xc1-Yci，各分界坐標(biāo)為Yn-Xn,其中: Yq-Xci, Y1-X1, Y2-X2, Y3-X3-Ym-Xm-Yn-Xn，其中Xm為第m個(gè)矩形光電池與第m+1個(gè)矩形光電池的分界； 光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值位于光斑覆蓋區(qū)域的強(qiáng)度中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光斑定位方法，其特征在于，光斑覆蓋區(qū)域?yàn)閺牡趍到第η元矩形光電池時(shí)，其中值k滿足:
k= (n- (m-1) )/2+ (m_l)， 則光斑測(cè)量坐標(biāo)為Yk_X，光斑中心在自適應(yīng)二象限坐標(biāo)系中的位置為Yk，則光斑在基坐標(biāo)YcrXo中的位置為，其中G表示分界坐標(biāo)的間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光斑定位方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)包括一單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器`，利用該單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)光斑位置定位。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103777547SQ201410027547
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】賀安之, 賀寧, 賀斌 申請(qǐng)人:南京理工技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司