PSD安装倾斜误差对光斑定位的影响

针对入射光能量为高斯分布时,位敏探测器(PSD)安装倾斜影响光斑定位的问题,建立了光斑定位畸变误差数学模型,并进行了仿真.仿真结果表明,光斑定位畸变误差随着PSD倾斜角度、高斯光束的束腰半径和与光束束腰之间的距离的增加而增加,其中前两项的变化对PSD光斑定位精度的影响在小范围内可以忽略,最后一项影响较大.所建立的光斑定位畸变误差模型及仿真结果为PSD的实际工程应用提供了有效的理论依据.     

光斑模式对PSD定位的研究

以多光束模拟实际光束中的多模式及能量分布不均的现象,建立了PSD定位与上述能量不均匀之间的关系,从而从理论和实验上均验证了PSD定位只取决于光斑能量重心.     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

成像激光告警的光斑定位误差分析

分析了成像型激光告警系统中CMOS面阵探测器光敏区域的空间分布、光敏区域对激光成像光斑积分采样模型及光斑中心定位方法.阐述了CMOS填充因子、CMOS噪声及鱼眼镜头大视场引入的大像差等因素对光斑中心定位造成的误差,并根据误差理论进行了各种类型误差的合成,给出系统光斑中心定位的误差估算方法和公式.并通过仿真估算误差数据与实验误差数据的对比,验证了误差估算方法的有效性.光斑定位误差分析对CMOS探测器参数选择及系统的定向精度指标论证有参考意义.     

位置指示光源对PSD定位精度影响的实验研究

简单介绍了PSD在国内外发展和研制动态,并就位置指示光源对PSD定位精度的影响进行了实验研究。实验证明:在位置测量时,指示光源强度波动对PSD定位精度并非像一般理论所认为的那样没有影响,而只是在特定范围内没有影响或影响甚微。同时,实验还表明,光源的光斑大小、形状对位置精度也有一定的影响。     

负载电阻对四边形PSD的影响实验研究

通过实验研究了负载电阻对四边形PSD的影响规律。实验结果表明,负载电阻对四边形PSD的总光电流没有影响,但对光斑定位有影响。其对PSD四个角位置附近定位误差的影响最大。随着负载电阻值的增大,计算光斑位置不断向PSD几何中心收缩,位置测量均方根误差及非线性度呈现先减小后增大的变化规律。研究还发现适当的负载电阻还可以改善PSD中央大部区域的枕形失真并减小定位误差。     

基于四象限探测器的激光光斑中心定位算法

为了提高用于激光半主动导引系统的四象限探测器对激光光斑中心定位的精度,分析了四象限探测器的定位原理,并对不同光斑模型下常用的定位算法进行了仿真分析.在对传统定位算法进行分析的基础上,针对高斯光斑模型下定位算法的不足,结合标准正态分布的特点,对高斯光斑模型下的定位算法进行了合理的改进.通过仿真分析和设计的实验验证,结果表...     

PSD光斑定位中的抗干扰技术研究

PSD是非接触式位置检测中的一种理想的器件,本文主要研究PSD相位法定位实现的原理及设计思路。     

基于线阵CCD的光斑定位算法研究

为了提高CCD测量系统中光斑的定位精度,在重心法的基础上提出了基于线性插值和权值非线性的质心算法,在不同噪声水平下比较了两种算法所能够达到的精度。研究结果表明基于线性插值的权值非线性质心算法能达到1/25像素的定位精度,比传统的重心法有更高的定位精度和稳定性。     

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

为了提高四象限探测器在FPGA中实时激光光斑位置测量的精度,提出了一种基于高斯分布的光斑中心定位算法。首先,四象限探测器光敏面上分布的激光光斑采用高斯分布模型等效。结合探测器的工作原理,合理设置高斯积分区间,计算出呈高斯分布的光斑在探测器各象限内的光能量,从而对应各象限输出的光电流,得到包含光斑位置信息的正态分布关系式。再通过标准正态分布表查询快速求解出光斑中心位置,将算法在硬件上实时地实现。最后,分别对基于高斯分布的定位算法和基于圆模型的传统算法进行仿真与实验验证。结果表明,基于高斯分布的定位算法的测量精度相较于传统算法提高了43.8%。由此证明基于高斯分布的定位算法能有效提高激光光斑中心位置测量精度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

位置敏感探测器的动态响应误差分析

针对光源连续扫捕位置敏感器（PSD）时产生的动态响应误差随扫描条件不同发生的变化，基于一维PSD动态响应模型，建立光源扫描照射下的PSD动态响应误差模型，仿真分析得到了不同扫描起点位置和速度下的PSD动态响应误差分布5个特点，建立了一维PSD动态响应误差的估算模型。通过对4种常用的一维PSD器件进行仿真，验证了估算模型的正确性。     

激光自准直测角系统安装误差分析

分析激光自准直测角系统的安装误差,得出误差主要来源:光学系统和PSD的倾斜安装.针对光学系统的倾斜安装,建立畸变误差模型并仿真分析,得出结论:光学系统光轴平行于转轴时,像点坐标不因平面镜旋转角度的不同而存在误差,变化的仅是折射光线与光轴的夹角;光轴与转轴相交时,像点坐标随光轴与转轴的夹角、焦距和平面镜初始位置法线与转轴夹角的变化而产生较大的畸变误差.建立的误差模型及仿真结果为提高激光自准直测量精度提供了一个有效的理论指导,具有一定的工程实际应用价值.     

光源连续扫描下一维PSD位置特性研究

基于RC传输线模型,推导出移动光源照射下一维PSD的位置特性的理论解,从光源扫描速度、起始点位置和轨迹倾斜角度分析一维位置敏感器(PSD)的位置特性。结果表明,当光源匀速直线扫描PSD的光敏面时．光生电流的输出与扫描速度的Y方向分量无关,并且在光源扫描的初始阶段PSD不能够真实反映光的入射位置;随着扫描速度减慢,光源照射的初始位置接近坐标系原点、以及扫描轨迹与X轴倾斜角度的增大,光入射位置的计算值接近于真实值。     

激光光斑质量对基于PSD的激光三角法长时间连续测量精度的影响

为了提高半导体激光器-位置敏感器件(LD-PSD)激光三角法测距、测厚系统的测量精度,对半导体激光器的光斑质量进行了研究。用不同功率的半导体激光器做静态测距实验,结果表明,在长时间连续测量中,激光光斑重心的漂移增大了系统的测量误差。光斑重心漂移主要是由光斑的高频噪声和光斑整体偏移造成的。针对这两方面因素设计了基于针孔滤波和棱镜分束的能够提高激光光斑质量的光学系统,并用CODEV软件进行了优化与仿真。将所设计的光学系统加入到测距仪中重新进行静态测距实验,结果表明,改善后的系统精确度由25μm提高到8μm,使得基于位置敏感器件的激光三角法测距、测厚系统在长时间连续工作时也能保持较高的测量精度。