近几十年，光的偏振在科学技术及工业出产中已有广泛运用[1]，例如偏振太阳镜、偏振望远镜、飞机和轮船上的滤光玻璃窗、照相机的偏振滤光片、偏振检眼镜等。但以上对偏振片的运用中，偏振片的视点相对固定，因而无法做到对光照强度的实时调理以及定量调理。本文选用高速FPGA器材Cyclone EP1C3 完结光强测控，运用舵机操控偏振片视点完结主动调光，对光照强度的调理规模较大。
1光偏振原理剖析
天然光是一种电磁波，具有横波的偏振特性[2]。设在平面振荡的光矢量A,在x、y方向的振幅分别为Ax与Ay，振荡相位差为δ,设经过榜首片偏振片后偏振最大透振方向PM与x轴夹角为θ，并设Pm为与PM正交的方向。如图1(a)所示。
假定抱负偏振片最大振幅透过率为1，最小振幅透过率为0，则透射光强为:
在光路中放入偏振片P1 作为起偏器，设天然光强为E0，此刻任何方向上投射光强E成为线偏振光，即:
其间A1、E1为经过起偏器P1后光振幅与光强，E2为经过检偏器P2后光强。如图1(b)所示。经过丈量E2，即可得到光强值，并经过进一步核算取得舵机滚动操控变量。
2 硬件体系规划
2.1 全体体系
根据偏振原理的光强测控体系包含以下几个部分：光强采样设备、根据FPGA的信号收集与处理模块[3]、舵机操控模块、电源模块以及键盘显现单元。如图2所示。
光线透过偏振片设备，由光电转化电路将光强值转化为电信号。该电信号经差动扩大后由模数转化模块收集，由接口电路完结电平转化。FPGA模块完结对光强信号的实时检测，并加以批改。接着经过核算得到舵机滚动变量，并操控舵机滚动，带动与舵机衔接的偏振片旋转，然后改动两偏振片夹角，完结光强的调理。键盘显现单元可完结对所需光强的设定，该设定值参加FPGA对光强的核算处理进程。显现单元可一起显现设定光强值与调理后光强值，便于监控与检测调理效果。
本设备选用的FPGA是Altera公司出产的Cyclone EP1C3，内核选用1.5 V供电，功耗小，FPGA的端口作业电压为3.3 V。FPGA的I/O端口可自在界说，电路规划便利，编程灵敏且为并行履行方法，不易受外部搅扰。因为FPGA自身不具备A/D转化模块，有必要运用外加A/D转化电路，本设备选用ADC0820AC作为A/D转化芯片。
2.2 光强采样与处理
经过偏振设备的光信号，由光电传感器转化为电信号。光电传感器(光电二极管)作业在线性规模，传感器输出电流经过采样电阻产生压降，经差动扩大电路扩大。选用根据OP07的差动扩大电路[4]，正负输入分别为与光电二极管串联的采样电阻的端电压，依此可减小温度漂移等要素对信号收集产生的影响，并起到缓冲阻隔效果。经过上述电路，输出电压为：
扩大后的电压在0~5 V内，经过 A/D改换，改换后的数据值经过FPGA处理，可得到输入光照强度与PWM占空比操控变量的一一对应联系，依此对应联系输出PWM 波，操控舵机滚动，带动偏振片P2 旋转必定视点，以改动两偏振片之间夹角，然后完结对光强的调理。
光强采样与信号转化电路如图3所示。
2.3 根据偏振片的调光设备
根据改动两片偏振片夹角来调理透光强度的原理，先固定偏振片P1，将偏振片P2 与舵机旋叶衔接，经过舵机旋转带动偏振片P2 偏转，然后改动偏振片P1 与P2 夹角，然后调理光照强度。实验设备中测定了某一较强的光照强度，并将其相对强度界说为100，以之作为整个设备的光强参考值。在实践运用中，需求经过较精细的仪器对实践光照强度进行丈量，并与该参考值进行线性换算。
舵机的操控信号是PWM 信号，运用占空比的改动，改动舵机的方位。其操控信号线的输入是一个脉宽可调的周期性脉冲信号，周期为20 ms。当脉宽改动时，舵机转轴的视点产生改动，视点改动与脉宽成正比。理论上，PWM占空比操控量精度越高，舵机偏转视点精度越高，对转角的操控越准确。但在本实验中，因为偏振片精度约束，舵机转角不宜过小。将舵机180°转角规模分为50等份，选用舵机最小转角为3.6°进行实验，能够确保实验精度。而且PWM经光耦阻隔后，送至舵机操控线，起到扫除体系潜在搅扰的效果。
3 FPGA算法规划
由以上评论可知，光强的操控在于两偏振片夹角的操控。因为视点偏转取决于舵机转角，而舵机的偏转由输入PWM占空比调理，所以树立光照强度与PWM占空比的对应联系：
图4为实测中得到的电压Uo与调控偏振片夹角的PWM操控量的联系曲线，以及该曲线的理论值。
3.1实时光强批改算法
在实验测验中，测定了某一较强的光照强度，并将其相对强度界说为100,并以此为参考值树立光强与PWM波占空比的操控量对应表。在实践运用中，需求对实践光强值进行丈量,并与该参考值进行线性换算，得到查表所需的光强值。
因而，将所需光强运用上式核算，得出批改值替代所需光强值进行查表，即可得到批改后对应转角的PWM占空比的操控量，然后操控舵机滚动。
由此，规划FPGA 全体算法架构[5-6]，如图6所示。
文章介绍了根据偏振原理的主动调光体系的规划。体系经过光电传感，经信号收集、批改，取得舵机偏转操控量，然后改动两偏振片之间的夹角，然后改动通光率，对光强完结主动的较准确的操控，而且能够设定光照强度值，完结程控机械设备对光线的主动调理。结果表明，体系丈量精度较高，实时调理性较好，具有实践运用的潜力。
