Lazerli üçgenleme yöntem tabanlı mesafe ölçüm sensörlerinin doğrusallaştırma yöntemlerinin geliştirilmesi

Abstract

Lazerli mesafe ölçüm sensörleri iki nokta arasındaki mesafeyi ölçebilen aygıtlardır. Işık kullanarak mesafeyi ölçmek için türlü optik yöntemler mevcuttur. Bu yöntemlerden biri üçgenleme yöntemidir. Diğer yöntemler ise uçuş süresi ölçümü, faz kayması ölçümü ve mutlak interferometredir.Yukarıda sayılan bütün yöntemler farklı donanımlar ve yerleşim şekilleri ile çalışmaktadırlar. Bu projenin temel amacı üçgenleme yöntemi ile çalışan lazerli mesafe ölçüm sensörlerinin doğrusallaştırma değişkenlerini inceleyip en kararlı ve verimli çalışan üçgenleme modelini teorik çalışmalar ve veri analizleri ile tespit edebilmektir. Projede diğer ölçüm teknikleri tanıtıldıktan sonra üçgenleme yönteminin tasarım değişkenlerini açıklanacaktır.Üçgenleme yönteminin temel elemanları ışık kaynağı, hizalayıcı ve odaklayıcı mercekler ve foto-alıcıdır. Foto-alıcı olarak pozisyon hassasiyetli algılayıcı (PSD) kullanılmıştır. Hedeften yansıyan ışık odaklayıcı mercek üzerinden PSD aygıtının ışığa duyarlı yüzeyinde toplanır ve foto-akım üretilir. Üretilen foto-akım sayesinde mesafe bilgisi elde edilmektedir. Fakat foto-akım ile mesafe arasında doğrusal olmayan bir ilişki vardır. Yöntemin doğrusallaştırılmasını arttırmak için iki kanalda doğrusallaştırma yöntemleri incelenmiştir. Optik-geometrik kanalda PSD aygıtının farklı konumlarının analizleri yapılırken elektronik kanalda da işaret işleme yöntemleri kullanılmıştır. Optik-geometrik kanalda yapılan doğrusallaştırmalar göstermektedir ki kalibrasyon eğrisi doğrusal bir çizgiye yaklaşmaktadır. Fakat PSD aygıtının farklı konumlarında odaklayıcı mercek ile yaptığı γ açısı azaldığı için alıcının ışığa duyarlı yüzeyine gelen ışınlar belirli bir açıyla gelmektedir ve algılayıcının koruma camından geri yansımaktadır. Bu da ölçümlerde hatalara sebep olmaktadır. Optik-geometrik kanalda oluşan hatalar elektronik kanalda kullanılan doğrusallaştırma yöntemleriyle telafi edilebilmektedir.

Laser range-finder sensors are devices which can measure the distance between two distinct points. There are several optical-methods to measure the distance using light. One of these methods is the triangulation method.The basis of this project is to analyze the linearization parameters of a laser range sensor working with the triangulation technique and to result the most efficient triangulation model with the theoretical explanations and data analyses.The main elements of the triangulation method are light source, collimating and focusing lenses and photo-detector. As a photo-detector, position sensitive device (PSD) is used. When the light reflects from target to the PSD through focusing lens, PSD produces photo-current which give the distance information of the target. But there is a non-linear relationship between the photo-current and distance. To increase the linearization, linearization techniques are observed in two channels. In optic-geometric channel, the behaviors of different positions of the PSD are observed. In electronics channel, signal processing techniques are used. The linearization techniques applied on the optic-geometric channel shows that the calibration curve approaches to a linear line. With the different positions of the PSD, the angle γ between the PSD and the optical axis of the focusing lens decreases causing the light rays coming to the PSD photo-sensitive surface with an angle. Some of these light rays reflect from the protective glass of the PSD causing errors. The errors occurring because of the optic-geometric linearization methods can be compensated by the linearization methods used in the electronics channel.