位移传感器在自动调焦单元中的应用

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个调焦单元的性能。

有研究工作者按照目前国内外位移传感器的现状和发展趋势,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,明确了选用电感式位移传感器作为研究对象。

然后分析Sanseer差动电感式位移传感器的分类和测量原理,并对其输入/输出特性以及噪声来源加以分析。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DSPFPGA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其他类别位移传感器的性能。

从理论分析和实验验证的角度证实了差动式位移传感器应用于光电跟踪系统调焦单元的具有很高的可行性。