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四象限探测器光电定向及跟踪实验系统

四象限探测器自动跟踪实验实物图

四象限电源

◆实验介绍：

光电定向是指用光电系统来测定目标的方位，光电定向作为光电技术原理实验系统的重要组成部分，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此可用于光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域，也可用于线切割机床等民品中。

◆知识点：

光电探测、光电信号、光电定向、四象限探测器

◆涉及课程:

光学、光电技术、光电探测、光电检测、电路原理、模拟电子技术

◆实验内容:

1、四象限探测器输出信号放大及原理验证实验

2、四象限探测器手动跟踪实验

3、四象限探测器半自动跟踪实验

4、四象限探测器全自动跟踪实验

◆实验原理及图示:

四象限探测器靶面是由四个光电二极管A、B、C、D制作在一起的光电探测器，四象限管的分界限与直角坐标系坐标轴X、Y重合，其十字形交点与光学系统的光轴重合。光学系统接收光脉冲后把目标成像于四象限管上。在定向系统中，四象限管得到的目标像近似为圆形光斑。当光轴对准目标时，圆斑中心在光轴上，四个光电二极管接收到相同的光功率，输出相同的光信号。表示目标方位偏离值x=0;y=0.当光轴未对准目标时，光斑中心偏离光轴，目标方位偏离光轴越远，输出方位误差信号也越大。用和差式原理处理既可以得到准确地光斑位置。

实验原理示意图

四象限探测器光电定向实验采用650nm激光器作为光源，以四象限探测器作为光电探测器接受光源信号，采用电子和差式原理，是可以直观、快速、方便的观测定位跟踪目标方位的光电定向装置。激光器和探测器均固定于二维电控平移台上，激光器采用自动+手动结合方式控制运行轨迹，探测器由系统自动控制，壳跟踪激光器同步运动。

学生可以通过该实验了解四象限探测器定向的基本原理，并可以观测可见光照射到探测器上的位置和强度变化，并了解四象限探测器自动跟踪原理。本实验通过软件定向实验，通过AD转换电路对思想上输出数据进行采集处理，经由单片机运算处理，将数据传送到电脑，由上位机软件显示定向结果并实现自动跟踪。

◆技术指标：

四象限探测器：包括控制电源和探测器两个部分；控制电源：液晶显示，可以观察四象限探测器光斑位置，显示每个区域电压值；探测器直径：Φ6(mm)，信号输出接口：USB接口，光谱响应范围：400nm-1100nm，精度：0.01mm，响应度：0.55A/W@900nm；
激光器：半导体激光器，波长650nm；功率10mW；
电动控制器：Input:AC100-240V，Output:DC24V 3A；最大维数15；8档精度调节；20档速度选择；通讯方式USB转CAN，最高频率23.697Hz；最大通讯距离1500m；
电控平移台：行程100mm，台面尺寸75x75mm，分辨率0.001mm，水平负载5kg，重复定位精度<0.003mm，最大速度40mm/s；电机控制；
多孔固定板：标准光学底板600mm（L）*450mm（W）*12.7mm(H),M6点阵螺纹孔，孔间距25*25mm；