电感式位移传感器在自动调焦单元中的应用研究

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1、密级:硕士学位论文电感式位移传感器在自动调焦单元中的应用研究作者姓名：殷娣娣指导教师：王亚辉副研究员中国科学院光电技术研究所学位类别：工学硕士学科专业：信号与信息处理研究所：中国科学院光电技术研究所二零一六年三月StudyonInductiveDisplacementSensorAppliedinFocusingSystemByYinDidiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementFort

2、hedegreeofMasterofEngineeringInstituteofOpticsandElectronicsChineseAcademyofSciencesMarch,2016III致谢致谢窗外下着淅淅沥沥的小雨，成都的春天温暖又湿润，叫人万分留恋。研究生三年求学生涯即将结束，回首这三年来的学习和生活，一时感慨万千，期.间有成.功，亦有挫败；有欢笑，亦有泪水。作为一名辞职读研的大龄女青年，真心庆幸自己当初的决定，感谢研究生这三年带给我的一切，它让我成长，不再畏惧前方的路，更不再沉湎于念念不忘的过去。感谢中国科学院光电技术研究所

3、浓厚淳朴的科研氛围和舒适安静的学习环境，在这里我不断提高自己的学术修养和科研精神。衷心地感谢我的导师王亚辉老师在我研究生学习期间对我的关怀和指导，从研究生课程选课、论文选题到研究工作的开展，无论是学习还是生活，无不凝聚着王老师的关怀和心血，她像大姐姐一样一直鼓舞着我向前，真心的感谢您无私的教诲和辛勤的培养。同时，我还要感谢一室给予过我帮助和指导的老师们，没有你们的帮助，我不可能顺利完成自己的课题。感谢实验室的博士研究生王红举、蔡华祥、李立行、苏艳蕊、杨发盛、李宏伟在我课题遇到瓶颈的时候给我的帮助；感谢与我一起学习的硕士研究生左丹、苏娜娜、

4、张晶、陈玉林、郭港、周书芃、许晓亮、孙文，三年的时间，我们一起欢笑一起成长，相信每一刻的回忆都会历久迷香；感谢已经毕业的施崇阳、公茂林、张清等师兄师姐，感谢学习生活的路上有你们一路同行；感谢我亲爱的室友赖丽君、黄烨、蔡佳丽，这三年有你们的陪伴真的很幸福。衷心感谢研究生部的廖俊莉老师、胡琛老师、朱文老师以及一室的秘书黄金和赵娥，感谢陕阿姨，感谢你们对研究生生活和学习的支持，没有你们的热心帮助就没有我们收获的喜悦。特别感谢我的男友邸成良，他严谨的科研精神和乐观的生活态度时刻影响着我，鞭策我不断努力前行坚持至今，认识你是我这一生最大的收获。特别

5、感谢我的奶奶、爸爸、妈妈给予我无私的爱，他们永远是我最坚强的后盾，感谢你们对我的养育之恩。最后，感谢论文评阅专家和所有帮助、支持、关心过我的人。殷娣娣2016年3月I摘要摘要调焦单元作为大型光电跟踪系统的重要组成部分，不仅对调焦的精度有着严格要求，工作环境以及调焦机构的体积也是设计时需要考虑的重要因素，因此对小型宽温调焦单元的研究有着重要的工程实用价值。目前望远镜自动调焦技术主要有两种，一种是测距法自动调焦,另一种是基于图像评价函数的自动调焦。不论采取哪种调焦技术，都离不开位置传感器。它的外形体积、检测精度和温度适应性在很大程度上决定着整

6、个调焦单元的性能。本论文以光电跟踪设备中调焦单元为应用背景，寻求一款体积小、测量精度高且环境适应性好的位移传感器并对基于该传感器的自动调焦技术展开深入研究。文章首先介绍国内外位移传感器的研究现状和发展趋势，通过对比各种位移传感器的优缺点，得出电感式位移传感器检测精度高、体积小，且工作温度范围大，同时非接触测量的工作原理使得它物理寿命无限长，可用于环境适应性、可靠性要求苛刻的精密测量中，明确了课题选用电感式位移传感器作为研究对象。然后，本文通过分析电感式位移传感器的分类和测量原理，确定了课题采用的传感器型号，并对其输入/输出特性以及噪声来源

7、加以分析。针对该传感器输出信号中随机噪声对测量精度的直接影响，重点开展了信号滤波算法的研究，对比了限幅滑动平均滤波算法和卡尔曼滤波算法,并在此基础上对传感器性能进行了测试和补偿，大大提高了传感器的检测精度。接着设计了基于LDR型电感式位移传感器的自动调焦机构，针对调焦控制器微型化、可移植、接口灵活的要求搭建了以DSP&FPGA为主控制器的硬件实验平台，对硬件平台中各个部件的选型和功能进行了阐述，设计了对光栅尺和电感式位移传感器两路位移数据进行同步采集的软件流程，并从检测精度、工作温度等方面横向对比电感式位移传感器和传统光栅位移传感器的性能

8、。从理论分析和实验验证的角度证实了电感式位移传感器应用于光电跟踪系统调焦单元的可行性。关键词：电感式位移传感器，自动调焦，现场可编程逻辑门阵列，数字信号处理IIABSTRACTABSTRACT