基于半导体横向光电效应的位置敏感探测器

综述了基于半导体横向光电效应的位置敏感探测器（PSD）的发展、工作原理及应用,展望了PSD的研究动态和发展前景。     

光电位置敏感探测器及其应用

综述了位置敏感探测器的应用及其工作原理，介绍了位置敏感探测器的研究动态，并展望了其发展前景。     

位置敏感光电探测器

位置敏感光电探测器具有广泛的用途，介绍了器件的工作原理，输出信号的位置表达式及各种不同几何图形，等效电路，位置线性度和清晰度等参数性能，存在的缺点，以及不同几何结构的器件性能比较。     

基于位置敏感探测器的轨距在线监测系统研究

为了实时了解铁路轨道的轨距变化情况,研制了一种实时在线监测轨距变化的测量系统。采用位置敏感探测器和激光发射器作为测量元件实时采集轨距的变化信息,建立数学模型计算轨距的偏移量,通过组合算法来获取两根钢轨移动状态后的偏移量,并通过二次插值算法对位置敏感探测器进行非线性补偿以提高位置敏感探测器的精度和准确度;采用控制器局域网络总线和通用分组无线服务技术将一定区域内的轨距变化信息发送到监控中心进行显示;通过和现有二级铁路轨距尺分别对同一模拟轨道进行了测量实验。结果表明,该系统的测量精度为0.32mm,达到了目前轨道检测行业所规定的1mm精度要求。     

基于位置敏感探测器的组合导航技术研究

为了减小现有小型旋翼类无飞机飞行过程中卫星/惯性组合导航系统的制导误差，提高其导航系统定位精确度，提出2维位置敏感探测器激光制导与机载卫星/惯性组合导航系统结合的新型导航系统方案。该系统利用1064nm红外脉冲激光作为引导光源，采用中间飞行段卫星/惯性导航、末端飞行段激光照射制导结合的方式，进行了理论分析和对比实验验证。结果表明，在室外飞行环境和室内强、弱、正常光照飞行环境下，该系统始终保持较高的定位精度和结果一致性；相对比其它现有制导方式，该系统的探测频率始终保持5kHz、定位精度始终保持其圆形概率误差处于0.10m数量级，取得了较好的定位实验结果。该系统具有鲁棒性强、电路简单、探测灵活、高速精确的特征，对无人机末端制导具有重要意义。     

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。     

位置敏感探测器的响应时间分析

位置敏感探测器(PSD)的响应时间直接影响其动态探测入射光位置的准确性.分析了电势堆积现象,以四边形二维PSD为例,建立了PSD响应时间的仿真模型,分析了对响应时间的影响因素.结果表明,PSD响应时间随着光敏面大小、p型层电阻值以及级间电容的增大而同比例增大;在PSD器件的结构参数和物性参数不变的情况下,光源入射能量与器件的响应时间无关.     

位置敏感探测器受杂光干扰特性的研究

介绍了位置敏感探测器(PSD)的结构、工作原理及在稳定背景杂散光干扰下的位置输出方程,同时介绍了消除稳定背景杂散光的方法、措施和实验结果。结果表明,线位移测量分辨力可达到2μm。     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

光子晶体在消除PSD背景光干扰中的应用

根据光子晶体带隙对光波长或频率的选择性特征,将一维二元和三元光子晶体用于滤除位置敏感探测器的背景光。通过比较位置敏感探测器感光光谱和背景光的差异,对二元和三元光子晶体的参数进行合理设置,利用特征矩阵法计算了反射率和透射率,结果表明光子晶体可以从根本上解决背景对位置敏感探测器的干扰。     

一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法

针对微机械系统和精细加工技术中现有的振动测量方法存在易受电磁干扰、动态和线性范围窄等诸多问题,本文提出了一种基于一维位置敏感器(PSD)相位检测的振动测量方法,通过激光三角法将被测物体的振动信号转换为光斑在PSD的位置变化,PSD两电极输出的电流相差信号经PSD相位法的信号处理电路转换为与光斑位置成线性关系的直流电压信号,由此确定光斑的位置变化,进而测量物体的振动,且实时信号可以通过示波器或在上位机界面中显示。本文实验测量的平均相对误差为0.89%,最大误差为1.75%,线性度优于1.2%,实现了振动的高精度、高线性度和不受电磁干扰的测量。     

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。     

位置敏感探测器测量电路噪声分析

位置敏感探测器（PSD）的特点是位置测量分辨力高,测量装置建立简单,测量结果比较直观。对PSD测量电路等效噪声进行测试分析,获得一系列模拟结果,明确了电路噪声是影响位置测量分辨力的重要因素。以一维PSD器件S3932为例,按照建立的模拟模型,得出要获得1μm的位置分辨力,器件的工作光电流应大于7μA,该模拟结果可以作为PSD测量电路设计的一个重要参考。     

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.     

Design and development of two-dimensional position sensitive photo-detector

Position sensitive photo-detectors (PSDs) utilize the lateral photovoltaic effect to produce an electrical output that varies linearly with the position of a light spot incident on a semiconductor junction. Design, fabrication and characterization of newly developed silicon PSD, which employ the planar technology and double ion implantation with different doses, are described. Shallow and low-doped p-n junction is formed by boron implantation in n-type silicon substrate. The position characteristics of PSD are symmetric to the zero and linear in the 80% of the active area. For a higher resistivity top layer (lower implanted dose), the sensitivity grows up and the linearity gets improved. The influence of the substrate is not substantial for the position characteristics. The response of the sensor, measured by pulsed 15 ns laser, was determined to be about 100 ns. Described PSD has been used in the construction of simple light spot rotational follower.     

目标识别与定位光电探测器

目标识别与定位光电探测器可以探测被选为目标的物体是否运动到指定位置，如果是，就输出一个脉冲信号。可以用这个脉冲信号作为一些特殊设备的控制和起动脉冲，在实践中有广泛的应用。