激光位置检测中PSD的误差分析与实验研究

通过实验研究了激光光束质量对PSD输出位置精度的影响。基于PSD工作原理分析并得出了背景光强与输出结果的关系,实验中采用与测量光源匹配的滤光片来消除背景光干扰,极大提高了PSD的测量精度。并通过双一次插值算法修正PSD的非线性误差,修正后结果表明B区测量误差显著减小,线性度和测量精度明显提高。     

高背景光下的光点示踪仪

提出了一种在高背景光下运用PSD来实现光点示踪的方法，通过光信号调制－电解调、直流恢复的方法，消除背景光的干扰和部分电路噪声，得到稳定的、与位置相关的电压值表征光点的坐标位置，实现了在高背景光下的位置测量。经测试和标定，得到0.2%的非线性度和0.6%的相对精度。     

基于子块集成神经网络法的PSD背景光补偿

提出一种基于神经网络高精度线性化子块网络集成插值实现光电位置敏感器件（PSD）背景光非线性补偿方法。利用神经网络具有逼近任意非线性函数的特点,通过训练,使神经网络建立在不同背景光下PSD输出与其标准值之间的非线性映射关系,实现PSD全程跟踪补偿。实验结果表明,该方法能有效地消除背景光的影响,在神经网络的输出端得到期望的线性输出。     

ATP跟瞄系统中位置敏感探测器测量精度研究

为满足星－地量子通信中 ATP 跟瞄系统对二维位置敏感探测器（PSD）的精密性、实时性、可靠性的要求,基于 LabVIEW 设计了 PSD 精度测量与误差修正系统。首先,采用驱动平台带动激光光源,通过扫描 PSD 光敏面,获得电压值并计算出光斑位置,分析非线性成因,采用多项式拟合法建立实际值与测量值间的数学模型,得到非线性修正函数。然后,结合光学三角测量对被测物体进行微位移和角度测量,并对测量结果进行误差修正。实验结果表明,经过修正后 PSD 位置误差显著减小,满足系统对 PSD 的需求,通过 LabVIEW 软件编程提高了系统的测试效率。     

PSD位移传感器测量误差的修正方法

为了提高自制位置敏感探测器(PSD)激光三角位移传感器的精度,提出一种简单、可行的数据修正方法,对传感器所采用的测量原理、敏感器件及自制工艺等进行了研究。首先,对自制的位移传感器的静态精度进行实验标定,分析其位移误差曲线。通过将位移测量误差曲线与敏感器件自身检出误差曲线进行比对,结合自制传感器的组装工艺,分析其误差来源。然后,通过调整激光三角测量原理中位移传递公式的具体参数,达到优化自制位移传感器的静态精度的目的。最后,用反复多次地,不同测量范围、测量步长下的位移数据曲线优化效果,证明这种修正方法的普适性。实验结果证明:经过该方法修正后,自制的PSD位移传感器的测量数据的误差降低约80%,其静态位移精度基本达到1%。这种修正方法能够简单、有效地提高PSD激光三角位移传感器的测量精度。     

PSD空间三维非线性修正技术的研究

提出了一种长距离激光准直测量中的位置敏感探测器(PSD)空间三维非线性修正技术,研制了在三维空间内测量二维PSD非线性的自动标定系统.在长达78 m的准直测量范围内,对二维PSD的非线性特性进行了标定实验,实验结果表明,PSD与激光源距离不同时,其非线性特性具有很明显不同.利用多层前馈神经网络建立了入射光实际位置与二维PSD输出坐标以及准直距离间的空间三维映射关系,进而对PSD的空间三维非线性进行修正.非线性修正后的PSD读数误差,在整个测量范围内表现为不大于±0.012 mm的随机误差.     

光电位置敏感器件背景光补偿的研究

光电位置敏感器件(PSD)是一种可直接对其光敏面上光斑位置进行检测的光电器件，基于光电位置敏感器件可以构成多种非接触的高精度动态位移监测仪器。根据光电位置敏感器件的原理及特征方程，分析了存在背景光时它的输出信号是非线性的。提出～种基于神经网络的光电位置敏感器件背景光非线性补偿方法。利用神经网络具有逼近任意非线性函数的特点．通过训练使神经网络建立在不同背景光下光电位置敏感器件输出与其标准值之间的非线性映射关系，对其实现全程跟踪补偿。计算机仿真表明，该方法能有效地消除背景光的影响，在神经网络的输出端得到期望的线性输出。     

一维位置敏感探测器的相位响应特性

基于位置敏感探测器(PSD)的相位法探测入射光点的原理,利用RC等效模型得到一维PSD两电极输出电流信号的相位和相位差。分析了相位与调制频率和入射光点位置x的关系,并得出相位差在不同调制频率下的响应特性。在一维PSD上的实验测试结果表明,利用相位差测量的线性关系显著,并且随着调制频率的增大测量灵敏度提高。     

基于位置敏感探测器的微位移测量关键电路设计

位置敏感探测器PSD(Position Sensitive Detector PSD)具有位置分辨精度高(可达1～2μm)、输出实时性好(响应时间约几微秒)、系统简洁的特点,在位置探测及相关领域内获得了广泛的应用;但PSD的输出信号小,易受到电路噪声的影响,若要充分发挥其性能,则需要高精度、高稳定度、低噪声的测量电路。针对PSD这种较高的使用要求,通过对其等效模型的分析,找到了影响位置分辨精度的主要因素,并提出了一种新形式的测量电路,减少了测量电路级数,降低了电路的噪声以及测量电路内部的漂移,同时具有对位置测量非线性的校正功能。采用上述原理以S1880PSD建立的位置测量系统的位置分辨达到2～3μm。     

一种基于PSD的弹丸炮口姿态测试新方法

为了提高弹丸炮口姿态测量的精度,提出一种非接触式测量弹丸炮口姿态的方法.采用PSD位置敏感器件进行设计,利用姿态变换产生的光线位移变化计算出弹丸在出炮口瞬间的姿态,从而避免了外部复杂环境对测量误差的影响.实验结果显示:使用PSD测量的测量精度在±0.5°之间,和传统方法相比,精度得到了提高.     

二维四边形位置敏感探测器实验研究

位置敏感探测器（PSD）是一种可以探测光斑重心位置的光学传感器,具有响应速度快、位置分辨率高和处理电路简单等优点,在角度测量、位置检测等精密测量系统中具有广泛的应用。介绍了在实验室内光学平台上搭建光路,选用A823数据采集卡,并在DOS操作系统Borland C++ builder环境下编写C程序连续实时采集模拟电压信号,实现AD转换,计算光斑位置坐标并进行误差分析。实验选用瑞典SiTek公司型号为2L10_SU65_SPC02的四边形位置敏感探测器,通过误差分析得出主要结论,包括PSD存在边缘效应,室内实验影响传感器位置坐标的主要因素是自然光和日光灯,去除影响因素后精度明显提高。     

不同阳极结构二维PSD的电流—位置输出特性

本文介绍了四边形电极结构,四边形电极改进结构和带电阻边框的方框形电极结构3种二维位敏器件（PSD）的结构和工作原理,导出了3种结构PSD的输出电流理论表达式和位置线性度网络图。结果表明：四边形电极结构PSD的位置偏差最大,中央60％光敏区域内最大位置误差约10．0％,与实验结果相符;四边形电极改进结构PSD在中央60％光敏区域内最大位置误差约5．0％;带电阻边框的方框形电极结构,当边框电阻很小时,位置信号与输出电流之间满足线性关系,实验测得中央79％光敏区域内的均方根位置误差小于0．3％。     

神经网络在光电位置坐标传感器中的应用

光电位置敏感器件(PSD)是一种可直接对其光敏面上的光斑进行检测的光电器件,基于PSD可以构成多种非接触的高精度动态位移监测仪器.在PSD器件使用中的一个关键问题是如何克服器件本身的非线性,以提高监测的精度和可靠性.提出一种基于神经网络的PSD非线性补偿方法,利用神经网络具有逼近任意非线性函数的特点,通过训练使神经网络建立在PSD输出与其理想值之间的非线性映射关系,实现PSD非线性补偿.计算机仿真表明,该方法不仅能有效地消除非线性的影响,而且能在神经网络的输出端得到期望的线性输出.     

位置敏感探测器光斑脱靶误差补偿方法研究

为了提高位置敏感探测器(PSD)的位置检测范围,解决光斑在探测器光敏面脱靶时无法准确定位光斑的问题,提出一种光斑脱靶误差补偿方法,分析了脱靶前后PSD检测光斑能量重心变化规律,建立了PSD光强信号与位置检测误差间的函数关系。实验结果表明:当PSD光敏面尺寸为12mm×12mm时,对于半径为5mm的高斯光斑,通过所提出的光斑补偿方案补偿后PSD的X轴检测范围提高了66.7%,位置检测平均相对误差不超过5%,该方法对提高PSD位置检测性能具有重要的意义。     

用于光刻投影物镜微调的压电陶瓷

为了提高大数值孔径投影物镜成像质量,需对镜片进行高精度微调.压电陶瓷是一种高精度定位的执行元件.根据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器PA88和OPA2227构成的高压运放式复合放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷驱动器,用于驱动镜片的精密微调.详细阐述了驱动器和供电电源的设计原理,并运用Multisim10软件对该驱动器的输出电压、线性度、静态纹波及稳定性进行了仿真分析.结果表明,该驱动器具有输出精度高,最大非线性误差为0.0005％,静态纹波小(±100 nV),稳定性强等优点,达到了投影物镜中镜片微调要求.     

基于反射式塑料光纤传感器的微位移测量技术研究

近年来,高精度的位移测量精度要求越来越高,为响应这一需求,本文依据待测位移量可由反射光强变化得出的原理设计了一种基于塑料光纤的位移传感器.本文所涉及的光纤位移传感器以静态拉伸式杨氏模量测量实验中钢丝长度的微小变化为待测量进行设计.在整个传感器系统制作完成后,结果显示,在0~3mm的位移范围内,测量输出与实际位移成线性关系且线性度为0.6%,在较大位移区间内实现了具有良好线性度的测量,同时,根据实验结果测得灵敏度为2.13mV/μm,保证了测量的精准度.这种设计方法的使用扩大了塑料光纤的应用领域,同时,优化了传感器的精准度和线性化精度等性能指标.     

负载电阻及其对称性对光位敏器线性及精度的影响

通过对一维光位敏器（PSD）等效电路的分析,得出与具体系统无关的光位移普遍表达式。该式表明,负载电阻对于PSD内阻的比值及两边负载电阻的不对称性将极大地影响测量的线性及精确度,而PSD内阻随光源光强有数量级的变化,因此一般的光位移公式在用强光源（如激光）时应加以修正。