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。     

负载电阻及光敏层电阻率对一维PSD的影响

分析了光敏层电阻率的非均匀分布及负载电阻不为零情况下对一维位置敏感探测器(PSD)位置误差的影响。分析结果表明,光敏层电阻率的非均匀分布对一维PSD的边缘位置误差影响很小,而负载电阻则是影响边缘误差的主要因素。减小负载电阻能够减小PSD的边缘误差。     

采用三线位置敏感探测器定位模型分析光斑对定位精度的影响

在实际测量中,由于光斑具有一定尺寸和不对称性,在很大程度上影响了位置敏感探测器(PSD)的定位精度.根据激光光束高斯能连续分布的特征,建立了一种三线PSD定位模型,可以根据光斑的形状解算出该光斑特征状态下的定位误差.实验验证了该PSD定位模型的有效性.在激光三角测量法中采用该定位模型可以很好地补偿由于光斑自身不均匀性、传输过程中光斑尺寸变化以及激光与待测物体互作用产生的散斑所引入的定位误差,有效提高测量精度.实验中可以补偿的误差达到0.07 mm.     

基于光斑跟踪系统的位敏传感器误差修正

位置敏感探测器(PSD)测量误差主要来自于自身非线性、干扰和安装倾斜的影响,且PSD的直接测量范围受限于探测器的尺寸。针对这些问题,分析了自身非线性、干扰和安装倾斜的影响原理,根据测量值与实际值的线性关系,提出利用伺服模组与PSD相结合的光斑跟踪系统来进行局部拟合实时校准的方法减小干扰影响并消除PSD安装倾斜误差,利用线性度较好的中间区域减小自身非线性影响。实验以Al2O3/PEN为样品,利用研制的光斑跟踪系统对上述方法进行的验证结果显示,线性相关系数维持在10.001 5/40 mm之间,线性度标准误差减小到0.3 m/40 mm以下,最大误差在16 m/40 mm之内且测量范围也可增大到模组的行程200 mm,此方法简单有效、灵活实用,特别适用于光强度弱且多变和测试范围较大的场合。     

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安装倾斜误差对光斑定位影响的研究

针对入射光能量为高斯分布时,位置敏感探测器(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。     

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.     

平行度误差激光准直法测量技术研究

为了实现平行度误差的精确测量, 提出了基于位置敏感探测器(PSD)激光准直法的平行度误差测量方法, 并设计了实验测量系统。该系统利用倒置望远镜结构二次透镜变换的方法, 对准直激光束的发散角和光斑大小进行平衡, 通过光学五棱镜转折光路, 由PSD将测量位移经信号调理电路和数据采集及处理系统, 实时得到测点相对于基准的位置, 再以最小包容区域法快速评定出被测要素和基准要素两者之间的平行度误差。结果表明, 系统相对不确定度为0.077%, 具有较高的测量精度。该研究为平行度误差的精密测量技术提供了有效测量方法, 具有一定的现实指导意义。     

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。     

利用位置敏感型光电倍增管测量光斑漂移的定标方法

将位置敏感光电倍增管(Position sensitive photomultiplier tube,简称PSPMT)引入大气湍流引起的漂移效应的实验测量中.基于PSPMT的工作原理,分析了探测器的放置位置对输出信号的影响,通过实验方法对PSPMT进行了位置定标和增益定标,获得了入射光束在探测面上的位置坐标.测量结果显示:在入射光斑尺度达到厘米量级同时具有较高强度的情况下,一次采样无法正确反映入射位置.因此以若干次测量的统计平均值表示入射位置,并综合考虑采集卡的最高采样率、采样点和信号频率等因素,分析了在漂移测量中如何选择进行统计平均的数据点的个数.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。