一種基於偏振原理的調光系統的製作方法

2023-12-09 23:28:31 3

專利名稱：一種基於偏振原理的調光系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於偏振原理的調光系統，尤其是能根據外界光照強度自動 調節入射光強，以得到恆定的光強。
背景技術：
目前，利用偏振原理控制入射光強的裝置中，偏振角固定，可得到強度佔環境光強 固定比例的入射光。然而，一旦環境光強發生變化，入射光必將按相同比例變化，無法得到 恆定的入射光。

實用新型內容為克服入射光不恆定的問題，本實用新型提供一種基於偏振原理的調光系統，可 根據設定的所需入射光強，自動調整偏振角，當環境光強變化時，可保證入射光強不變。為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。本系統包括偏振片裝置、光 電轉換電路、信號調理電路、模數轉換電路、接口電路、FPGA數字系統、鍵盤顯示和舵機，所 述的偏振片裝置由兩張偏振片緊貼在一起形成，其中一張固定不能轉動，另一張的中心直 接與舵機轉軸相連，當舵機轉動時，兩張偏振片的夾角將發生變化；偏振片裝置依次通過光 電轉換電路、信號調理電路、模數轉換電路、接口電路與FPGA數字系統，FPGA數字系統檢測 通過偏振片的實際光強值；所述的鍵盤顯示包括鍵盤和顯示器，與FPGA數字系統相連接，通過鍵盤輸入通過 偏振片裝置的設定光強值，顯示器用於顯示通過偏振片裝置的實際光強值和設定光強值；所述舵機還通過光耦隔離與FPGA數字系統相連接，FPGA數字系統根據實際光強 值與設定光強值的差來控制舵機轉動。當光線透過偏振片裝置時，由光電轉換電路將光強值轉換為電信號。該電信號經 差動放大後由模數轉換模塊採集，由接口電路實現電平轉換。FPGACyclone EP1C3完成了對 光強信號的實時檢測，並加以修正。接著通過計算得到舵機轉動變量，並控制舵機轉動，帶 動與舵機連接的偏振片旋轉，進而改變兩偏振片夾角，實現光強的調節。鍵盤顯示單元可實 現對所需光強的設定，該設定值參與FPGA對光強的計算處理過程。顯示單元可同時顯示設 定光強值與調節後光強值，便於監控與檢測調節效果。本實用新型的有益效果是對於設定好的入射光強，可由FPGA自動調節達到。整 體電路結構簡單，易於實現，成本較低。

圖1是本實用新型系統框架圖；圖2是本實用新型用到的光強採樣與信號轉換電路；圖3是本實用新型用到的FPGA算法流程圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步說明圖1是系統整體的框架圖。如圖1所示，該系統包括偏振片裝置、光電轉換電路、 信號調理電路、模數轉換電路、接口電路、FPGA數字系統、鍵盤顯示和舵機。偏振片裝置依次 通過光電轉換電路、信號調理電路、模數轉換電路、接口電路與FPGA數字系統，FPGA數字系 統檢測通過偏振片的實際光強值。鍵盤顯示包括鍵盤和顯示器，與FPGA數字系統相連接， 通過鍵盤輸入通過偏振片裝置的設定光強值，顯示器用於顯示通過偏振片裝置的實際光強 值和設定光強值。舵機還通過光耦隔離與FPGA數字系統相連接，FPGA數字系統根據實際 光強值與設定光強值的差來控制舵機轉動。電源模塊為以上各部分提供電源。本實施例通過偏振片調節光強的方案如下。系統中安裝的偏振片實際是兩張偏振 片緊貼在一起形成的。其中一張固定不能轉動，另一張的中心直接與舵機轉軸相連。這樣， 當舵機轉動時，兩張偏振片的夾角就將變化。自然光通過第一張偏振片後就已經變為單一 偏振方向的光，強度為自然光的二分之一。再通過與第一張偏振片夾角是經人設定的第二 張偏振片，如果假設兩張偏振片夾角為θ，則光強再次減弱COS2 θ倍。這樣通過調整舵機 的有效輸入電壓，就可以調節兩偏振片的夾角，從而調節得到的光強。實際上，調節兩偏振片的夾角θ，調節的是環境光可以通過偏振片的比例。為了能 實現調節入射光強實際大小的目的，需要首先對環境光強作出判斷。系統啟動後首先要復位。照射進系統的環境光將首先通過復位狀態的偏振片，此 時兩偏振片的夾角為零，即通過的光強為環境光強的二分之一。通過復位狀態的偏振片的 光，經過光電轉換電路和信號調理電路，光強被轉換為一模擬電壓量。電壓的高低標誌著光 強的大小。這一模擬電信號將被A/D轉換器轉為數字電信號，作為環境光強大小的標識，送 入FPGA中。光電轉換電路是利用光電二極體將光信號轉為電信號，因此得到的是光強的絕對 大小。鍵盤輸入FPGA的需要光強也為光強的絕對大小。FPGA對二者做運算，得到需要光強 與環境光強的比例，再根據這一比例確定需要的兩偏振片夾角。系統中的舵機轉角是由電 壓有效值控制的。讓FPGA輸出一 PWM波，通過控制PWM波的佔空比調節有效值，也就調節 了偏振片夾角，從而調節了光強。因此，在FPGA中事先存入了光強比例和PWM波佔空比關 系的對應表，得到光強比例後查表得到PWM波佔空比即可。圖2是光強採樣與信號轉換電路。光電二極體的反偏電流隨光強線性變化，在電 阻R上得到了一個與光強成線性關係的電壓差。將這個電壓差經過運放0P07U1、U2緩衝， 再經U3比例放大，送入A/D轉換器ADC0820。得到的結果即為數字量，送入FPGA處理。圖3是FPGA算法流程圖。當系統復位後必須先得到此時環境光強。然後與設定的 需求值比較，控制送入舵機的PWM波佔空比。在試驗測試中，測定了某一較強的光照強度， 並將其相對強度定義為100，並以此為參考值建立光強與PWM波佔空比的控制量對應表。 在實際應用中，對實際光強值進行測量，並與該參考值進行線性換算，得到查表所需的光強 值。為保證輸出的穩定，此後做循環比較，不停採集此時實際的光強，再調節PWM波佔空比。本實用新型的使用方法開機首先按復位鍵復位，待舵機轉動停止後復位結束。然 後用鍵盤輸入所需的光強值即可。舵機會自動轉動，以保持輸入光強恆定。本實施例所需光強值可以設定，偏振片可轉動，可根據環境光強變化自動調節偏振角，從而得到設定的入射光強。
權利要求1. 一種基於偏振原理的調光系統，其特徵在於包括偏振片裝置、光電轉換電路、信號 調理電路、模數轉換電路、接口電路、FPGA數字系統、鍵盤顯示和舵機，所述的偏振片裝置由 兩張偏振片緊貼在一起形成，其中一張固定不能轉動，另一張的中心直接與舵機轉軸相連， 當舵機轉動時，兩張偏振片的夾角將發生變化；偏振片裝置依次通過光電轉換電路、信號調 理電路、模數轉換電路、接口電路與FPGA數字系統，FPGA數字系統檢測通過偏振片的實際 光強值；所述的鍵盤顯示包括鍵盤和顯示器，與FPGA數字系統相連接，通過鍵盤輸入通過偏振 片裝置的設定光強值，顯示器用於顯示通過偏振片裝置的實際光強值和設定光強值；所述舵機還通過光耦隔離與FPGA數字系統相連接，FPGA數字系統根據實際光強值與 設定光強值的差來控制舵機轉動。
專利摘要本實用新型是一種基於偏振原理的調光系統，該系統能夠根據外界光照強度自動調節入射光強。該系統包括偏振片裝置、FPGA數字系統、鍵盤顯示和舵機，偏振片裝置由兩張偏振片緊貼在一起形成，其中一張固定不能轉動，另一張的中心直接與舵機轉軸相連，當舵機轉動時，兩張偏振片的夾角將發生變化。通過鍵盤顯示輸入需要的光強，光強採樣裝置獲得環境光強並傳送給FPGA數字系統對光強進行處理，並以鍵盤輸入光強與實際光強進行比較，通過查表獲得舵機偏轉角度的控制量，通過改變偏振片偏振化方向夾角來調節入射光強，可用於光強自動控制。本實用新型對於設定好的入射光強，可由FPGA自動調節達到。整體電路結構簡單，易於實現，成本較低。
文檔編號G02B27/28GK201780518SQ20102028657
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月10日 優先權日2010年8月10日
發明者姚益武, 安雨飛, 龐子涵, 張琳, 徐萍萍, 林軍 申請人:北京工業大學