增量式光栅编码器在激光扫描雷达的应用研究.pdf

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1、36传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第3l卷第3期增量式光栅编码器在激光扫描雷达的应用研究杨孟，徐卫明，肖林，舒嵘(中国科学院上海技术物理研究所，上海200083)摘要：在地面、空中、太空、海面、水下，激光雷达的应用十分广泛，并涉及到多个学科领域。提出了采用增量式光栅编码器作为激光雷达扫描系统的位置传感器，研究了增量式光栅编码器的工作特点，设计了测量电路，并对增量式光栅编码器的线性度和重复精度进行了测试、标定。实验结果表明：该增量式光栅编码器线性度达99．97％，重复精度可以达到18”，可以提供给激光雷达系统精确的位置信息

2、。关键词：增量式光栅编码器；激光雷达；测量电路；线性标定；重复精度中图分类号：TP2129文献标识码：B文章编号：1000-9787(2012)03-0036--03Applicationresearch0nincrementalopticalgratingencoderinlaserscanningradarYANGMeng，XUWei—ming，XIAOLin，SHURong(ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Shanghm200083，China)Abstract：Laserradarhasbee

3、nwidelyusedontheground，intheair，space，ontheseasurface，underwater，anditinvolvesmanysubjects．Incrementalopticalgratingencoderisusedinthepositionsensorforthelaserradarsannniugsystem，itsworkingcharacteristicsisstudiedandmeasurementcircuitisdesigned．Thelinearityandrepeatprecisionoftheincrementaloptical

4、gratingeneoderaretestedandcalibrated．Theexperimentalresultsshowthatthelinearityofincrementalopticalgratingencoderreachesto99．97％andrepetitiveprecisioncanreachto18”，itcanofferprecisepositioninformationforthelaserradarsystem．Keywords：incrementalopticalgratingencoder；laserradar；measurementcircuit；lin

5、earcalibration；repetitiveprecision0引言管、透镜、光电二极管接收器四部分组成。激光雷达对目标的探测需要以发射激光对探测目标的一扫描为前提，现有的扫描方式有多种，大体可分为电光扫描、声光扫描、光机扫描3种。电光扫描和声光扫描没I有运动部件，且体积小，速度快，但扫描角度小，技术上还i_i簟jif1rIil]i一__不是很成熟。目前应用较多的还是光机扫描，常见光机扫描装置主要有：振镜扫描、旋转棱镜扫描、光纤扫描、旋转—m+1／4一n2W+1／4W—4l．———————————0l———————lfl正多面体扫描和快速指向镜扫描j。—W+1／4W—-+●—————

6、——————lI振镜扫描是通过X-Y轴电机带动反射镜片偏转来实现口0I8-l二l平面扫描的，采用增量式光栅作为扫描电机的转角传感器。图1光栅刻线示意图增量式光栅编码器具有结构简单、测量范围广、精度高、非接Fig1Schematicdiagramofthegratinggraduating触测量、数字式输出等优点J。本文针对增量式光栅传感器增量反射式光栅编码器是基于光栅相对光电二极管接在全数字振镜扫描系统中的应用进行实验研究。收器运动时形成的莫尔条纹进行工作的，莫尔条纹是增量1光栅编码器工作原理及其测量电路反射式光栅编码器工作的基础。莫尔条纹的特性由光栅刻1．1光栅编码器工作原理一个完整的增

7、量式光栅编码器主要由光栅、发光二极线决定，光栅刻线如图1所示。为刻线宽度，b为缝隙宽收稿日期：2012-01-06$基金项目：国家“863”计划资助项目(2012BAH34B00)第3期杨孟，等：增量式光栅编码器在激光扫描雷达的应用研究37度，为光栅栅距，相邻的2个光电二极管安装间距为(n+AO而59．499861d_12．272727．1／4)W。当光栅相对光电二极管接收器运动时，输出一对相位相差90的正交正弦差分信号