毕业设计（论文）--PSD位置探测器在军事方面的应用研究

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1、毕业设计(论文)(2012届)论文题目PSD位置探测器在军事方面的应用研究所在学院电子信息学院专业班级光电子技术09305班学生姓名朱军学号09015178指导教师刘孟华完成日期2012年3月5摘要随着现代科学技术的发展，非接触检测技术逐渐成为现代检测技术最重要的手段和方法，光电位置敏感探测器PSD，以其分辨率高、实时性强、后续处理电路结构简单等优点，能直接用来测量位置、距离、高度、角度和运动轨迹等。可实时对尺寸与形位误差进行主动在线检测。以PSD为核心，构成了一种新型、高精度、高速度、非接触的位移检测系统，不仅可以

2、提高测量精度，而且实现检测的数字化和自动化，正日益引起人们的重视。课题主要通过查阅书籍、刊物、名家论文、网上资料等，主要系统的学习了解阵列型PSD的原理，了解PSD的发展历史，了解常用PSD的种类及其优缺点。同时学习了解PSD在实际生活生产中的应用，尤其是在军事方面，目前PSD敏感位置传感器有着很广的使用，为军事武器和军事训练带了了很大的好处。关键词：PSD敏感位置探测器；阵列型PSD；应用；军事目录1　引言12　PSD的原理结构及性能12.1一维PSD12.2二维PSD22.3PSD性能分析23　PSD的国内外发展

3、现状33.1PSD的发展历史33.2PSD在国内的研究33.3PSD的分类及研究展望43.3.1单晶硅PSD43.3.2氢化非晶硅PSD43.3.3有机双异构结构PSD43.3.4阵列型PSD53.3.5CMOS型PSD53.3.6PSD研究展望54　PSD在军事方面的应用54.1PSD在坦克火控系统性能测试中的应用64.2PSD在地面火炮系统的应用64.3PSD在弹丸炮口姿态测试方面的应用74.3.1姿态测量系统74.3.2姿态系统测试原理84.4PSD引导打靶84.4.1模拟打靶84.4.2基于PSD的电子激光靶

4、标引导94.5PSD在汽轮机轴承振动测量中的应用95　结论11致谢12参考文献13武汉职业技术学院专科毕业论文1　引言PSD位置敏感探测器是一种基于横向光电效应探测光点重心位置坐标信息的半导体器件，具有分辨率高、响应速度快、信号处理简单等优点，特别适用于位移、距离、角度以及可以间接转化为光点位置或位移的其他物理量的非接触高精度快速测量及准直测量。目前PSD已广泛的应用于工件的位移、尺寸、表面状态及振动、偏心、间隙、冲程等运动状态的在线监测；在军事方面PSD有都非常大的应用前景，目前国内外的军事企业都在研发军用方面的P

5、SD产品。PSD位置敏感探测器在坦克火炮系统，地面火炮系统，弹丸炮口姿态测试，PSD引导打靶，汽轮机轴承振动测量等方面有广泛的应用。2　PSD的原理结构及性能位置敏感探测器简称PSD，是一种具有特殊结构的大光敏面的光电二极管，又称PN结光电传感器。PSD与象限位置探测器和CCD不同，它有一个完整的光敏面，通过不同电极之间的电流输出，能连续给出入射光点中心在光敏面上的位置。2.1一维PSD图1所示是一维PSD原理图，其光敏面具有连续的特点。电极1、2用来输出光电流，反偏电极用于加反偏电压使PSD工作在反偏状态。如果设电

6、极间距为2L，PSD中心为坐标原点，两个电极输出的光电流分别用I1、I2表示，则入射光能量中心位置可表示为：χ=I2-I1I2+I1L。式中I2-I1和I2+I1的比值线性地表达了其与光点位置的关系。这个比值与入射光强和光斑大小无关，只取决于器件的结构及入射光点能量中心的位置，从而克服了光强度（波长或调制频率）变化对监测结果的影响。第13页共13页武汉职业技术学院专科毕业论文2.2二维PSD图2为为二维PSD的结构，二维PSD的工作原理与一维PSD基本相同，它有五个电极，有一个为加反偏电压的公共级，另外四个为X方向和

7、Y方向的电流输出电极。光敏面的几何中心O为坐标原点，当光点入射到PSD敏感面上任意位置时，在四个方向上各有一个电流信号I1、I2、I3、I4输出。那么入射光斑坐标的二维坐标为：X=I2-I1I2+I1LY=I4-I3I4+I3L。2.3PSD性能分析为了选择一个合适的PSD器件，首先要对PSD的主要性能指标进行分析。性能指标主要包括峰值响应灵敏度、响应速度、位置分辨率、位置线性度和暗电流。(1)峰值响应灵敏度是PSD输出电流与入射光功率之比，即在单位光功率的作用下PSD的最大输出电流。因为系统要进行远距离测量，由于光

8、源能量的衰减，峰值响应灵敏度就成为选择PSD的重要参数。选择较高的响应灵敏度，有利于提高系统的信噪比。(2)响应速度是反映PSD瞬态特性的重要指标，PSD的结电容和极间电阻越小响应速度越快。(3)位置分辨率是指最小可探测的光斑移动距离，它主要受器件尺寸、信噪比等因素影响。一般规律是尺寸越大的器件其分辨率越低，提高信噪比可以提高位置分辨率。(4)