与四轮定位相关的光学测量技术经历了PSD、CCD、CMOS等3个发展阶段。 6LQ O>k
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1.关于PSD nP31jm+A
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PSD(PositionSensitiveDetectors),即位置敏感传感器。 *X=-^\G
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特点:精度低、测量重复性差、电路复杂,测量时需另加AD转换电路,测量结果容易受AD转换电路噪声、外界温度及光线的影响。 czRh.kz,
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PSD是一块半导体的感光板,上面有三根电极,一根连在它的背面,另外两根连在两头。当一个点形状的光照在板上面,在板两头的电极上就会有电流流出。此电流与光点照在板上的位置有关系,根据这两端流出电流进行比较可算出点形状的光照在板上的具体位置。 --sb ;QG
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由于环境光的影响,如果有其他的背景光线和反射的、折射的光点也射入PSD的感光板上,那么输出的电流将是感光板收到的所有光的总和,可产生错误的输出电流。理轮上在没有环境光的影响下,PSD可以达到一定的精确度,但在四轮定位应用中环境光的影响是无法避免的。而CCD及CMOS是输出一串脉冲电压信号,可用一些特殊的数值信号处理技术将环境光过滤消除。PSD是以连续电流的方式输出,无法有效分辩环境光的影响,因此测量精度、重复度不好。点形光的照射位置以电流的方式输出的PSD,还需要AD转换。此外,环境温度、电池电源变化都会引起AD转换率的变化,这样的变化也会降低系统测量的精度和测量效果。因此,PSD产品的精度和稳定性较差,需要经常对设备进行校正。在国际上,PSD是上世纪七、八十年代初期产品所采用的技术。目前,国际、国内主流四轮定位仪厂家均已淘汰了该技术。 UkV] F]
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2.关于CCD >m!.l{*j>N
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CCD(ChargeCouplesDevices),即充电耦合传感器,由美国贝尔研究室于1969年发明。当初发明的目的是想作为内存记忆用,但意外发现此CCD有很好的光电成像效果。 V
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特点:稳定度高、测量重复性好,但速度慢、功耗高、结构特殊、生产复杂、生产成本高。 wBET.l'd
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CCD主要是由一对MOS(Metal-OxideSemiconductor金属氧化物半导体)充电电容与储电电容耦合而成的相敏单元,又称像素(pixel),就是一个点。充电电容部分可以把光信号转换成电能,储电电容部分不感光但可储存电能,另由电路将储电电容部分串连成一行。读取时可经此电路将各个相敏单元(像素)收到的光电能以电脉冲信号的方式一个个地送出。每一个脉冲信号只反映一个像素的受光情况,脉冲幅度的高低反映该像素受光的强弱,读出的脉冲的顺序可以反映像素的位置。 Le!I-i(aD
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通常,CCD将一串像素排列成一行,单行或双行的CCD芯片称为线阵CCD,许多行排成一面的称为面阵CCD。面阵CCD主要应用于录像机,二十年前录像机上大都标有CCD,强调采用了新技术。电视机显像的宽高比是4:3,面阵CCD的行列比也都是4:3。线阵CCD芯片主要应用在工业、国防以及需要高速成像的工业相机。双行像素的目的是取彩色影像,一般的四轮定位仪采用单行像素CCD。 L')zuI
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当用CCD芯片设计相机时,可将点光源经过光学镜片(或长孔)转成长条光,投影到CCD像素行上。在线阵CCD线上有千百个独立像素,入射光的位置可以直接对应像素的充电部分产生充电。该充电经位移到电容部分后可以脉冲信号输出,从读出像素的对应位置可判断入射光的投影位置。因此,这种以像素决定入射光投影位置的方法不容易受环境光线和背景光线及反射、折射光的干扰。背景环境光只能影响单个像素,适当地经数值信号处理后,测量精度和测量效果可得到保证。 pxj"<q`nw8
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现代工艺可将CCD像素做成微小到14μm,即两个相敏单元之间的距离为14μm。由于充电与电容耦合的需要,充电部分只有7μm,另一半是不感光的电容部分,如2000像素的线阵CCD的分辨率为±0.01°时,其测量范围可达±10°。四轮定位角度可用简单的光源投影像素位置及焦距计算得出。由于温度、湿度、环境光线、背景光及反射光只能影响每个像素的受光情况及脉冲幅度的高低,不能影响投影像素位置,因此测量稳定度、重复度高。 -E7\.K3
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十几年前,美国大熊CCD-3000四轮定位机最先采用CCD技术,德国的百世霸跟进,美国的亨特与战车观望数年后也跟进采用了CCD。 "K<