电容位置传感器在激光扫描雷达的应用研究.pdf

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1、20传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第ll期电容位置传感器在激光扫描雷达的应用研究毛阂军，金辉，卜弘毅，舒嵘(中国科学院上海技术物理研究所。上海200083)摘要：在空间探测中，激光扫描雷达是一个重要的传感系统，它的扫描系统采用差分式电容传感器作为位置传感器。研究了电容位置传感器的工作特点，设计了电容测量电路，并对传感器的线性度和静态误差进行了测试、标定。实验结果表明：在一定范围内，该传感器线性度达99．9％，通过标定可以提供给雷达系统精确的位置信息。关键词：

2、电容传感器；激光雷达；测量电路；非线性标定中图分类号：TP212．9文献标识码：B文章编号：1000-9787(2010)11-0020--03Research0ncapacitivepositionsensorappliedt-ol’aserSCannl●ngran"larMAOMin—jun，JINHui，BUHong-yi，SHURong(ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200083，China)Abstract：Diffe

3、renceofcapacitivesensorwasappliedtothescanningsystemofradaraspositionsensor．Workingcharacteristicsofcapacitivesensorwasstudiedandmeasurementcircuitwasdesigned．Thelinearityandstaticerrorofthecapacitivesensorsystemwastestedandcalibrated．Theexperimentalresultsshowthattheli

4、nearityofsensorreachesto99．9％atalimitedrangeanditoffersprecisionpositioninformationtoradarsystem．Keywords：capacitivesenSOF；laserradar；measurementcircuit；non—linearcalibration0引言有非接触测量、结构简单、高分辨率，并能在高温、辐射和强进入2l世纪以来，激光雷达以其独特的优势，成为了烈振动等恶劣条件下工作的优点。相对于光电位置传感空间探测的一个重要传感器。由于激光的

5、发散角很小，要器，电容式位置传感器具有更高的定位精度。本文针对对某个区域进行探测通常要进行扫描。激光扫描技术即是电容位置传感器在摆镜扫描系统中的应用进行实验研究。采用某种方法使激光束发生偏转。激光扫描的方法是多种1电容位置传感器工作原理多样的，从广义上分可以分为声光扫描、电光扫描、光机扫一个完整的摆镜扫描系统由扫描反射镜、检流计电机、描等。声光扫描和电光扫描没有运动部件，且体积小，速度位置传感器及伺服电路几部分组成。快，但扫描角度小，技术上还不是很成熟。目前应用较多的电容位置传感器是利用一个高压、高频的交流电源和还是光机扫描。常见光机

6、扫描装置主要有：摆镜扫描、一个位置解调电路来测量电容量。输出的信号是2个差分旋转棱镜扫描、光纤扫描、旋转正多面体扫描和快速指向镜电流，它的差值是和实际的角度成比例的。扫描。由绝缘介质分开的2个平行金属板组成的平板电容摆镜扫描是由电机带动一个平面镜来回摆动，从而使器，当忽略边缘效应影响时，其电容量与真空介电常数s。，光束产生偏转。在激光扫描中常使用检流计电机带动一个极板间介质的相对介电常数极板的有效面积A以及两小惯量的平面镜，因此也叫做检流计扫描。这种方法结构极板问的距离6有关，即简单，且可以实现大角度、高频率扫描。0sAL丁在摆镜式扫

7、描系统中多使用电容位置传感器和光电位置传感器，并和扫描电机集成在一起。电容位置传感器是根据式(1)可知，电容式传感器可分为变极距型、变面将扫描电机轴转动角度的变化转换为电容量的变化，它具积型和变介质型3种类型。本文采用的是变面积型电容传收稿日期：2010-04-09}基金项目：国家“863”计划资助项目(2007AA12Z105)第11期毛阂军，等：电容位置传感器在激光扫描雷达的应用研究21感器。变面积型电容传感器相对来说灵敏度较低，因此，在动电容C和C，用差动电路转换成电压输出，另外，25～13实际应用中采用差动式结构，以消除温度漂

8、移影响，提高灵和24—12之间形成一个固定电容C，C，经过电路形成一个敏度。电容传感器的原理如图l所示。固定电压，用作压控振荡器(VCO)负反馈控制。BC粤～A盒I、一一一、⋯图1差动电容式位置传感器原理示意图Fig1S