基于psd的高精度位移传感器的研究

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1、摘要鉴于激光位移传感器在工业生产、非接触实时测量、精确定位等领域中的实用价值，本文对基于PSD的高精度位移传感器进行研究。介绍了PSD器件的工作原理，对基于三角法测量原理的传感器主要结构参数进行了分析。并设计一种含有多种放大倍数的PSD检测电路，可实现测量中对环境变化的自适应能力。分析了电流一电压转换原理，指出转换误差主要来源于偏置电流及失调电压。最后分析了影响传感器测量精度的各种因素，并讨论了消除的方法。关键词：高精度位移传感器位置敏感探测器三角法运算放大器ABSTRACTInviewofthepracticaluseofLaserDisplacementT

2、ransducerinindustrialproduction，non．contactreal—timemeasurementandaccuratepositioning，Inthisthesis，highPrecisionDisplacementSensorBasedonPositionSensitiveDetector(PSD)isresearched。TheoperatingprincipleofPSDwasintroducedbriefly．Configurationparametersoflasertriangulationsensorwereana

3、lyzed．ThePSDdetectioncircuitwithavarietyofmagnificationswasdesignedtoachievetheabilityofself-adapting．Theprincipleoftransformingcurrenttovoltageisanalyzed，anditispointedoutthattheerrorfactorsmainlyconsistinthebiascurentandoffsetvoltageoftheoperationalamplifier．Finally，thevariousfact

4、orsofinfluencingsensormeasurementaccuracyandeliminationmethodswereanalyzedanddiscussed．KeyWord：highprecisiondisplacementsensorPositionSensitiveDetector(PSD)triangulationoperationalamplifier第一章绪论激光位移传感器由于属于非接触测量，在众多领域都有很大的需求，国外发达国家已有成熟产品。目前国内虽然有几家科研院校已开展该项目的研究工作，取得了一定的进展，相关理论也基本成熟。但是

5、要利用该原理设计实用化的产品，需要一系列实用化技术。围绕这一实用化技术，已诞生各种不同类型的专利。从产品来看，国外发达国家正朝着从单一型号到多种型号、从一维N--维的趋势发展；从应用来看，国内外对激光·位移传感器的应用领域不断扩大而且已渗透到诸多场合并朝着纵深方向发展。1．1引言激光位移传感器由于属于非接触测量，而且空间分辨率高，在众多领域对其有很强的需求。基于PSD的激光位移传感器主要应用在高灵敏度、高精度的位移、角度、同轴度的非接触测量与校准领域【¨。目前，国外此类传感器的研究处于领先水平，已经有比较成熟的产品，但价格昂贵。我国在这方面研究也有诸多报道，但

6、是没有类似的产品出现。整体看来，我国还处在实验室研究阶段，针对某一方面的应用，没有广泛应用的产品出现。实际应用中，要求传感器要有紧凑的结构，抗干扰能力强，较高的测量精度，而且对外界环境及待测表面的变化有一定的自适应能力。过去由于成本和体积等问题的限制，其应用未能普及。近年来，随着电子技术的飞速发展，特别是半导体激光器和PSD等图象探测用电子芯片的发展，激光三角测距器在性能改进的同时，体积不断缩小，成本不断降低，由于数字电子器件和大功率数字信号处理器(DSP)的结合使得激光不再对目标颜色、纹理和周围环境以及环境光线和温度变化那么敏感了，正逐步从研究走向实际应用，

7、从实验室走向实际。激光三角测量技术方法已经得到了发展弘J。激光三角法是激光测试技术的一种，该方法具有结构简单、分辨力高、电子学处理相对容易等特点。激光三角法位移测量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用PSD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。鉴于激光位移传感器在工业生产、非接触实时测量、精确定位

8、等领域中的实用价值以及目前国内尚无自主