PSD微位移测量系统的设计与验证.pdf

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1、第27卷第4期传感技术学报V0I．27No．42014年4月CH1NESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．2014TheDesignandValidationofPSDTinyDisplacementMeasuringSystemWANGTao，TANGQingqing，LIUJiang，WANGYuhan(PhysicsCollegeofChongqingUniversity，ShapingbaDistrictofChongqing，Chongqing401331，

2、China)Abstract：Inordertoimprovethestabilityandprecisionofpositionsensitivedevice(PSD)outputfeeblecurrentsignal，thispaperdiscussesthedesignofPSDdriveand0p—ampcircuit．Mainconsiderationsincludetheselectionoftwolevelsprecision0p-amp，thedesignofpowerfilteri

3、ngmodule，digitalanaloganti—interferencedesigninPCB，handlingofpowersupplyandground，anti—interferenceofambientlight，thePSDandtheop—ampintegratedcircuits，andthedesignofmulti—channelmagnificationtoadaptthedifferentdiffusenatureoftheobjecttobetested，etc．Int

4、heend，differentfromtraditionalmeasurementscheme，thispaperadoptsanewmethodbasedoncalibrationmeas—urement．Bymeasuringthevibrationwaveformoftuningforkandfixed—pointdistance，itverifiesthatthestabilityandprecisionofthePSDtinydisplacementmeasuringsystemisver

5、ygood，andthemeasuringrangeis20mm，thedisplacementrelativeaccuracyisupto1．01％．Keywords：PSD；0p—ampcircuit；calibrationmeasurement；stability；precisionEEACC：B4110：B4150doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2014．04．010PSD微位移测量系统的设计与验证汪涛，唐清清，刘江，汪雨寒(重庆大学物理学院，重庆401331)摘要

6、：以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性和精度为目的，讨论了PSD驱动、运放电路的设计。主要考虑因素包括：两级精密运放选择，电源滤波模块设计，PCB设计中数模抗干扰，电源和地的处理，抗环境光干扰，PSD及其运放电路集成化，以及适应不同漫反射l生质的被测物体的多路放大倍数设计等。最后，区别于传统的测量方案，采用一种基于标定测量的方法。通过音叉振动波形和定点距离测量实验，验证了PSD微位移测量系统的稳定性和精度都较好，测量范围20lni'n，位移测量相对精度达到1．01％。关键词：PSD；运放电路；标定测

7、量；稳定性；精度中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：1004—1699(2014)04—0472—05随着现代测量技术的发展，非接触测量逐渐代量，得到了PSD微位移测量系统的稳定性和精确度替了接触式测量⋯，其主要分为声学法，光学法和较好的结论。电磁学法。激光三角法作为光学法的优秀代表，具1一维PSD器件的工作原理有分辨率高，体积小，响应速度快，适用范围广等优点得到了广泛应用，包括钢板厚度的测量J，物体本文采用的一维PSD是BOS—PSD0018，有效光三维形貌的重建，微振动测量，家具的雕刻

8、，医疗，军敏面为1mmx8mm，最小分辨率0．3m，响应时间事及航空等。光电器件PSD相对于CCD有分辨率0．2txs，光谱响应范围380nm～1100nm。高，响应速度快，后续信号处理简单等优点J，被广一维PSD是基于横向光电效应的工作原理，泛应用于激光三角法测量技术中。由于PSD输出其结构简图和等效电路图分别如图1、图2所示。为微安级的电流信号J，所以其驱动、运放电路_2_光斑照在一维PSD光敏面上，经光电转换后的的设计尤其重要。电流大小与入射光斑重心位置到电极的