[发明专利]大量程线阵光电池光斑定位跟踪传感器及光斑定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密测量与自动控制技术领域，具体而言涉及一种大量程线阵光电池光斑定位跟踪传感器及光斑定位方法。

背景技术

激光具有优良的方向性和高亮度，可作为直线与扫描平面基准，已广泛用于大地测量与建设工程的直线或水平线测量基准，作为公路铺路、河道、隧道开通、机场、广场建筑保证直线度与平面度的基准，进而实现按激光平面进行自动加工，在这些测量与控制工程中最重要的关键技术和设备就是准直激光或扫描激光的探测与跟踪传感与控制，定量实时给出待测量和待加工的平面离基准线和平面的差值，以保证待测量平面的高程形貌，或为保证待加工平面的平面度或直线度所需要的进刀量，以实现自动跟踪控制。

CCD光斑位置探测、PSD（Position Sensitive Device）光斑位置探测传感器都是测量和定位领域中常用的探测技术，而两象限或四象限光电池因其结构简单价格低且光敏面大而在光束导引和跟踪工程和光斑位置靶中也得到有大量应用，因此研制一种精度与CCD和PSD相当而价格低得多，特别是量程或动态范围有大得多的光电传感器是很有必要的。

作为直线度与平面度测量和控制系统对光电探测技术的要求是高精度与大量程，特别是在复杂工作面的跟踪控制要求大的动态范围和量程，而现有的用于定位的探测传感器精度皆达0.01mm级，可满足要求，但由于受到CCD和PSD芯片尺寸的限制，量程都在10毫米级，较大尺度价格很高，在很需要大长度的跟踪测量不得不用多个线CCD或PSD拼接，但存在拼接间隔，坐标统一校正困难，光电池作为光斑位置探测与自动跟踪传感器远比CCD等价格低，两象限光电池也常用于精密测量，特别是跟踪控制工程中，但工作区也仅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几十厘米的动态测量与跟踪范围的光电探测与跟踪传感器是迫切需要的。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明旨在提供一种大量程线阵光电池光斑定位跟踪传感器及光斑定位方法。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种大量程线阵光电池光斑定位跟踪传感器，包括：

由N个矩形光电池连接形成的光电池组，其中每个矩形光电池彼此电性绝缘；

N路探测信号预处理模块，包括N个预处理支路模块，分别对所述N个矩形光电池输出的光电池信号进行放大处理，得到模拟信号；

AD转换模块，连接至所述每一路预处理支路模块的输出端，将每一路预处理支路模块输出的模拟信号转换成数字信号；以及

计算机信号处理系统，连接至所述AD转换模块的输出端，对依次编序输入的数字信号进行处理，计算光斑位置，其中：

由光斑覆盖的连续矩形光电池组成自适应的局域二象限坐标系，得到光斑在该自适应局域二象限坐标系中的位置，再基于所述光电池组的固定结构参数，计算出光斑在所述光电池组所形成坐标系中的位置。

进一步的实施例中，所述N个矩形光电池的正极相连形成为一极引出，所述N个矩形光电池的负极分别引出并与所述N路探测信号预处理模块的N个预处理支路模块连接。

进一步的实施例中，所述计算机信号处理系统包括一单片机，其运行有用于对依次编序输入的数字信号进行处理和计算光斑位置的程序。

进一步的实施例中，所述计算机信号处理系统包括一个数字信号处理器，用于对依次编序输入的数字信号进行处理和计算光斑位置。

进一步的实施例中，所述N个矩形光电池实际输出的光电池信号经过放大处理和AD转换后，得到n个数字信号，n≤N，n个数字信号依次编序输入所述计算机信号处理系统并按序建立光电池坐标，其中：

基坐标为X₀-Y₀，各分界坐标为Y_n-X_n，其中：

Y₀-X₀，Y₁-X₁，Y₂-X₂，Y₃-X₃…Y_m-X_m…Y_n-X_n，其中X_m为第m个矩形光电池与第m+1个矩形光电池的分界；

光斑覆盖区域为从第m到第n元矩形光电池时，其中值位于光斑覆盖区域的强度中心。

进一步的实施例中，光斑覆盖区域为从第m到第n元矩形光电池时，其中值k满足：

k=(n-(m-1))/2+(m-1)，