基于集成光电探测器的仿生偏振光导航传感器.pdf

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1、2016年第35卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)91DOI：10．13873／J．1000--9787(2016)01-0091--04基于集成光电探测器的仿生偏振光导航传感器王璐，王寅龙，王志文，褚金奎(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024)摘要：根据沙漠蚂蚁(Cataglyphis)导航机制设计了一个体积小、集成度高的偏振光导航传感器。传感器采用一个具有多方向偏振检测功能的集成光电探测器采集光信号，减小分立元件带来的安装误差。设计了以MSP430为核心的硬件电路来对电信号进行控制处理，采用分段导航

2、算法计算导航角，提高传感器分辨率；设计了实时信息显示界面，便于实时对传感器进行监测。在室内对传感器进行了性能测试，对实验数据进行处理后得到的导航精度在±0．1。以内。实验证明：该传感器精度较高且性能稳定，有着良好的发展应用前景。关键词：光电探测器；导航；传感器；仿生；偏振光中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)01-0091-04BionicpolarizedlightnavigationsensorbasedonintegratedphotodetectorWANGLu，WANGYin—long，WANGZhi—wen，CHUJin—kui(Labora

3、toryofTechnologyPrecision&Non-traditionalMachining，MinistrYofEducation，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)．Abstract：ApolarizationnavigationsensorofsmallsizeandhighintegrationisdesignedaccordingtoDese~antsCataglyphisnavigationmechanism．Inordertodecreaseinstallationerrorcausedbydiscreteco

4、mponents，thissensorusesanintegratedphotodetectortocollectlightsigna1．HardwarecircuitofthissensorisdesignedbasedonMSP430microcontroller；inordertoimprovetheresolutionofthesensor，subsectionnavigationalgorithmisusedtocalculatenavigationangle；real—timeinformationdisplayinterfaceisdesignedforsensormonitor

5、ing。Performancetestsonthissensoriscarriedoutindoors．theresultsshowthenavigationprecisioniswithin±0．1。afterexperimentaldatasareprocessed．Theexperimentshowsthatthesensorhashighprecisionandstableproperty，andithaswidespreadapplicationprospectinthefuture．Keywords：photodetector；navigation；sensor；bionic；po

6、larizedlight0引言实验装置，并通过大量的实验测量得到-人宅偏振光基本大自然中的每种生物都有独特的生存本领，其中，一种的分布模式，提出了一种仿沙蚁偏振光导航传感器模型叫做Cataglyphis的沙漠蚂蚁(以下简称沙蚁)就因其惊人并设计了传感器样机。之后多次改进了他感器的设计，逐的导航本领引起了科学工作者们的兴趣。生物学家们观察步提高传感器性能』，还搭建了测试传感器性能的实验发现该种沙蚁到远离其巢穴200m的地方觅食后能够准确平台，对传感器进行了室内室外测试“】，并且进行了机地以一条近乎直线路径返回巢穴，而这其中的路程是它自器人导航实验。身身体长度的数千倍。研究表明，沙蚁能够导航定位的

7、本文设计了以MSP430为控制核心，基于集成光电探原因在于其复眼具有对天空中偏振光敏感的独特结构，能测器的仿生偏振光传感器，有效地缩减了传感器的体积，利够感知偏振光在天空中的偏振度和方向的分布模式]。于传感器的集成化发展；设计了应用在上位机上的实时导大连理工大学实验组是国内最早研究偏振光导航的单航信息显示界面，方便实时检测传感器。在室内均匀光场位之一，其对天空偏振光导航做了大量的研究工作，研究了环