PSD在激光位移检测系统中的应用研究

PSD(Position Sensitive Detector)是一种新型位置敏感探测器件,具有响应时间短、位置分辨率高、光谱响应范围大等优点。首先介绍了PSD器件的工作机理,阐述了基于光三角原理的激光位移检测系统的工作原理,给出PSD应用于激光位移检测系统的总体结构框图,并且针对PSD的电流信号与被测位移量之间的非线性关系,提出了有效的非线性修正电路。最后通过对影响系统测量精度的因素进行详细分析,从中看出PSD可应用于高精度的激光位移检测系统中,并且具有高速度、高精度、非接触和在线检测等优点。

PSD光学敏感器系统测量目标位置和距离

在ＰＳＤ光学敏感器系统用于空间飞行器交会对接中，进行了测量目标相对位置、距离和角度的理论与实验研究，测距精度为０．０２ｍ，方位角与俯仰角的测量精度分别为０．１７６°和０．

基于PSD的微位移传感器

微弱电流的放大与处理是基于位置敏感探测器(PSD)的微位移传感器的关键技术。分析了电流—电压转换原理,指出转换误差主要来源于偏置电流及失调电压。应用屏蔽、Guard、避免自激等技术设计了前放电路,实现了微弱电流信号的提取。传感器工作距离为10 mm,测量范围为±0.5 mm,采用精度为±0.5μm的装置驱动钢板进行微位移测量,实验数据表明:传感器分辨力为±0.5μm,检测精度为±2%。

遗传算法和神经网络结合的PSD非线性校正

针对光电位置传感器(PSD)检测系统在大坝变形观测中所呈现的非线性问题,建立改进的遗传算法和LM-BP神经网络结合的模型,对PSD的非线性进行补偿?该方法先用遗传算法对LM-BP网络的权阈值进行优化后再用LM-BP网络逼近任意非线性函数的特点对实际位置数据与理想值进行拟合后并进行测试,经过多次任意产生的种群优化后选择较为优秀个体作为神经网络的和阈值,并对任意位置进行校正,仿真结果表明,该方法克服了LM-BP网络对初始权阈值的依赖和泛化能力弱的特点,多次实验平均误差都小于1%,其泛化能力优于标准的遗传算法和神经网络结合的模型。

基于PSD的激光跟踪坐标测量系统

建立了基于位置敏感探测器(PSD)的激光跟踪坐标测量系统,分析了单路球坐标激光跟踪测量系统的结构与跟踪系统对PSD信号处理电路的要求,搭建了快速、准确的PSD信号处理电路;找出了PSD上的位置反馈信息与被跟踪目标位移的对应关系。针对光路调节方法和光路误差对测量误差的影响,分析了光路对跟踪控制的影响。实验证明:所建立的跟踪控制系统可实现对目标的快速、准确跟踪。对建立单路激光跟踪坐标测量系统并实现快速跟踪功能具有很大的参考价值。

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。

基于PSD的长管弯曲度测量系统设计

针对高线性度要求的长管的微小变形带来的问题,设计了位置敏感探测器(PSD)测量长管弯曲度的系统,分析了二维PSD在弯曲度测量系统的结构与工作原理,以及弯曲度的计算原理。系统采用单片机STC89C58处理PSD输出信号并显示测量结果,得出PSD的光点坐标位置与输出电压的对应关系,实现单片机与上位机的通信,对测量数据的分析、处理以及整个系统的控制,同时分析了检测误差和电路误差对弯曲度测量的影响。实验测试结果表明:所建立的测量系统能够实现实时测量和远程控制,具有快速响应、运行稳定、测试数据可靠等优点。

PSD的光电响应特征及其在杨氏模量测量中的应用

针对目前大学教学中较为广泛应用的材料杨氏弹性模量测量方法和测量结果准确性方面存在的问题,对位置敏感探测器(PSD)的光电响应特性进行了系统的分析与研究,并利用此响应特征,基于杨氏弹性模量静态测量方法与原理,设计了两次复式光放大的新型传感方式,应用PSD作为微量位移测量的传感器,在小空间内实现了微测量放大的作用,使杨氏弹性模量测量结果的精度提高了1个数量级。

用PSD检测长直导轨准直度

介绍了用光电位置传感器（ＰＳＤ）检测长直导轨的原理和方法。利用ＰＳＤ作为位置传感的检测系统能实时、连续地对被测件三维空间准直度进行检测，更好地解决了以往移动桥板分段测量、人工读数（数格）局部检测的方法存在的问题。

PSD在双层主动隔振系统中的应用

简要介绍了位置敏感传感器(positionsensitivedetector,简称PSD)的基本原理和特点。以PSD作为检测部件,基于机械振动理论、控制理论和光电位移检测技术,提出了一种双层主动隔振系统,建立了系统数学模型并给出了仿真结果。研究表明,PSD的引入有效避免了传统加速度传感器所带来的积分问题,提高了系统实时性,从而大大提高了隔振率。

PSD器件自动化标定与非线性修正技术研究

介绍了一种应用数控平台对二维位敏探测器 (positionsensitivedetector ,PSD)器件进行在线测量并用人工神经网对其非线性进行修正的方法。对光斑在二维PSD光敏面上的横向位移 ,以光斑的二维坐标集合为人工神经网的期望输出 ,以PSD输出的二维坐标集合为人工神经网的训练样本 ,对人工神经网络进行训练。利用人工神经网络所具有的非线性映射能力 ,在训练结束后即可建立PSD输入与输出的近似线性关系。结果表明 。

一维PSD瞬态响应特性的有限差分方法研究

基于有限差分方法 ,提出了一种新的PSDRC网络传输线模型模拟算法 利用该算法 ,得到了一维PSD在不同光信号激励下 ,从开始响应到进入稳态后的各个阶段的精确数值解 揭示了PSD电极对不同照射点的起始响应时间的差异正相关于光入射点与PSD几何中心之间的距离 在高速瞬态探测时 ,PSD器件参数限制了激励光脉冲信号的频率 ,其最高调制速率为 1/ (3.75Tc)

基于PSD的步进电机控制系统

弹道靶道空间基准标定装置由多台步进电机驱动,在控制软件的管理下将标定装置的中心轴调节到光轴中心位置。在虚拟仪器软件Lab VIEW环境下,用图形化编程语言实现采集位置敏感探测器(PSD)反馈的模拟信号并通过A/D采集卡进行A/D转换。根据以数组形式得到的信号通过串口通信,使上位机软件对PSD反馈的光斑位置信号进行实时监控并控制步进电机的旋转,实现光斑逼近到标定装置的中心轴。基于PSD的步进电机控制系统具有良好的稳定性和准确性,已应用在弹道靶道空间基准标定装置中。标定结果表明:在该控制系统下的坐标标定误差小于1 mm。

基于PSD的轴系对中测试系统非线性校正方法研究

针对轴系对中测试系统的核心器件—位置敏感探测器(PSD)存在较大非线性误差、PSD输出坐标不能正确反映入射光点实际位置的问题,为提高对中的测试精度,设计了基于PI微位移平台的在线校定装置,提出了基于BP神经网络的非线性校正算法,进行了数据采集和非线性校正实验,并对采集数据和校正后数据分别进行了Matlab仿真分析。研究结果表明,基于BP神经网络的算法实用高效,采用该算法校正后的PSD线性度误差均低于3.9μm,极大地减少了非线性的影响,使得B区的线性度和数据置信度得到了大幅改善,在不增加成本和设备复杂度的前提下,有效提高了整个对中系统的精度。

基于PSD的长跨度孔系同轴度误差测量系统

以激光作为准直基准,研制了基于位置敏感探测器(PSD)的长跨度孔系同轴度误差测量系统。多功能测头在孔系内通过自定心机构确定各被测截面,测头前端的PSD检测激光光斑位置以确定各孔截面中心坐标,并进而评定出孔系同轴度误差。推导出激光自准直数学模型,根据该模型由四自由度工作台调整激光器位置,实现了激光自准直。使用本测量系统完成了激光自准直实验和孔系同轴度误差测量实验。实验结果表明:经准直后激光束与工件两端孔中心连线之间的偏差在±0.032 mm以内,与三坐标测量机相比,本系统同轴度误差测量的相对误差为8%,具备了较高的准直精度和同轴度误差测量精度。

一维PSD器件及其在测量中的应用

PSD是一种新型位置传感器。介绍了PSD器件的检测原理,并以理论推导的方式给出了其等效电路及光点坐标位置与输出电流的函数表达式。重点讨论了PSD器件在位移测测试和大型回转构件空间角度测试中的应用,分析结果表明该器件具有接口简单、测试精度高,不受光束和焦点偏离的影响等优点,可广泛应用于精密测试领域当中。

基于PSD的高精度激光校准仪的设计

针对国内对轴系的校准技术普遍采用传统的手工方法,提出了一种基于位置敏感探测器(PSD)的高精度激光校准的解决方法。在PSD信号处理上,使用高精度的A/D转换单片机运用软件算法的方式代替传统的运算电路方法计算PSD位置值,有效地提高了系统的精度和稳定性。回转式校准仪的偏移测量范围为±4mm,分辨力为1.5μm、精度为5.5μm。可以广泛用于精确轴系校准和定位。

基于一维PSD误差分段的BP网络非线性校正

介绍了光电位置敏感探测器(PSD)的组成结构和工作原理,分析了传感器产生非线性的原因。对实际一维PSD进行了实验标定,建立了一般BP神经网络非线性校正模型,为了提高网络校正结果精度,提出融合误差曲线分段处理和BP神经网络的高精度校正方法,实例运用结果证明了该方法的可行性和优越性,大大提高了非线性区域的测量准确度和数据的置信度。对于传感器测量范围的扩大和整个测试系统精度的提高都具有较大的应用价值。

一种基于PSD红外线位置传感器的设计

在介绍位置敏感器件(PSD)基本原理的基础上,提出一种以PSD为核心器件,应用于纠偏系统的红外线位置传感器的设计方法。介绍了该传感器的结构和测位原理,给出了硬件和软件的相关设计,分析了影响该传感器检测位置精度的因素,并提出了相应的解决办法。该位移传感器可检测的物体的最大运动位移为±18.5mm,检测精度优于0.1mm,采样频率可达1.5kHz。

二维PSD及其在轴系标高变化测试中的应用

位置敏感探测器件(PSD)具有响应时间短、位置分辨率高、光谱响应范围大等优点。介绍了PSD的结构与工作原理,给出了位置坐标函数表达式和相应的输出信号检测电路框图。探讨了PSD在汽轮发电机组轴系标高变化测试中的应用,分析了影响检测精度的因素,提出了相应的解决办法。试验测试结果表明:基于二维PSD的标高测量系统运行稳定,测试数据可靠。