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基于PSD的微位移传感器

0引言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。其位移测量的原理是,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,所接收散射或反射光线的角度也不同,用PSD或CCD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位移时,测量结果就将发生改变,从而实现用激光测量物体的位移。随着半导体激光器和光电探测器件的发展,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,已广泛应用于厚度、位移、三维形貌和粗糙度等的测试中[1]。光电探测器一般可选用PSD和CCD。PSD是一种硅光电二极管,其原理是利用光照情况下PSD表面阻抗的变化来检测光斑位置。PSD分辨力高、处理电路比较简单。CCD由于受像素大小及间隔的限制,分辨力比较低,其运算电路较PSD复杂,...  (本文共3页) 阅读全文>>

《电子设计工程》2012年11期
电子设计工程

基于PSD的微位移传感器建模的实现方法

位置敏感传感器(position sensitive detector,PSD)广泛应用于光学位置、角度的测量与控制、工业自动化生产、远程光学控制系统、微电子生产中的各类检测和监控、位移和振动监测等。在PSD的众多应用领域中,应用最为广泛的就是位移测量[1-2]。本文通过光学三角测量的方法将测量物理位移信号转换成PSD能够测量的位移信号,然后利用PSD工作原理将位移信号转换成电流信号,通过后续电路将电流信号转换成电压信号,经过放大、滤波、A/D处理后交由计算机对采集得到的电压(V)和位移(S)信号进行处理。为准确反映该PSD的微位移传感器系统的V-S间关系,实现精确测量,需要拟合出一条曲线尽可能逼近PSD的微位移传感器实际的输入、输出特性。文中采用MATLAB语言,运用矩阵运算,由实验测得数据采用分段拟合的方法建立了PSD的微位移传感器V-S间的数学模型,对于PSD的微位移传感器实际的非线性特性进行拟合,逼近得出最佳关系曲线。1...  (本文共4页) 阅读全文>>

天津大学
天津大学

精密PSD微位移在线测量技术的研究与应用

PSD(位置敏感器件)作为一种光斑位置检测器件,相比CCD和CMOS器件,具有多种不可比拟的优势,因此,在各种测量领域其都将有很好的应用前景。本文首先对PSD特性和激光三角法进行了理论分析,并结合幅度调制解调原理制定了微位移测量方案;其次,通过对光源、光斑质量、被测表面特征和散斑等各种光学特性对测量影响的研究,确定了测量系统光学部分的重要参数;然后,在分析了干扰信号、不对称性和非线性等各种因素对PSD信号处理影响的基础上,设计了一款基于调制解调技术的PSD信号单通道处理模块,并结合光学部分集成制作了微位移测量系统样机,同时进行了系统性能实验验证和分析。最后,将差动激光三角法和微位移测量系统应用于精密薄板测厚系统,并设计了实验样机和工业样机,取得了良好效果。本文的创新性工作主要包括以下五部分:1、提出了将狭缝(小孔)空间滤波技术和双光束补偿原理相结合的光斑整形方法。该方法提高了激光光斑质量,大大降低了由于光斑的高频噪声和光斑整体偏...  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

《传感技术学报》2019年05期
传感技术学报

基于PSD光杠杆自平衡精密电磁天平的研究

电磁天平是一种集传感器技术、电磁学、模拟与数字电子技术、智能信息处理、材料、结构力学、精密机械与制造等多学科的高性能的精密计量仪器,也是广泛应用于国防、医药、质量控制、实验室等领域中的质量计量的标准器具[1-4]。电磁天平的核心部件是电磁力传感器,包括横梁组件,位移传感器,磁力结构,其位移传感器是对横梁组件所产生的位移进行检测,它的精度对电磁天平的精度起到决定性作用,并要求具有结构简单、稳定性好、抗干扰能力强等特点[1-5]。目前国内大多数厂家选用硅光电池位移传感器作为位置检测传感器,硅光电池位移传感器是利用光栏把横梁位置偏移转换成光斑的位移,再把光斑位移投射到光电池的感光面上,由于硅电池输出的电压与其感光面积的变化成正比,因此可实现位置偏移的检测[2-5]。同时仍存在结构复杂,易受环境光、振动等干扰,可靠性低,尤其是长时间称量稳定性差等问题。因此本文在现有的电磁天平基础上,提出并设计了由PSD、光杠杆与横梁组件构成的微位移传感...  (本文共5页) 阅读全文>>

《应用激光》2012年01期
应用激光

PSD精密薄板在线多点测厚系统

0引言随着科学技术的发展,精密薄板的生产对厚度测量与质量控制提出了更高的要求,如实时性、精密性、非接触性等。而激光测厚仪以其测量精度高,测量重复性好,抗干扰能力强等优点而越来越被国内大型板材企业所青睐,其采用的光电传感器主要有CMOS、CcD、PsD等。目前,欧美和日本在此类传感器的研究处于领先水平[1-3l,并且已经有比较成熟的产品,但价格昂贵。而国内近年来对PSD的特性以及基于PSD的微位移测量也进行了大量研究[47〕,但离商品化还有一定距离,对于高精度、高稳定性的激光测厚仪特别是核心部件微位移传感器都要依靠进口。因此研究基于PSD的测厚仪仍然很有意义。本文充分利用PSD的固有特性,设计了PSD高精度微位移传感器,并利用差动三角法设计了薄板多点厚度在线自动检测系统。系统测量精度高,稳定性好,能有效消除温度、背景光和板材抖动等对测量结果的影响。1测t原理本系统采用一维PSD和直射式激光差动三角法,测量厚度原理如图1所示,其中q...  (本文共4页) 阅读全文>>

天津大学
天津大学

触针式光电三维微位移测量系统设计

微纳米测量技术已成为当今国内外测量技术领域研究的热点和前沿,也是我国重点支持和发展的高新技术之一。随着微纳米技术的发展,出现了各种微纳米级别的测量仪器,如纳米坐标测量机、光学显微镜、电子显微镜、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等等,但这些仪器一般都非常昂贵,多应用于研究领域中,不适合应用到本科实验教学中。本文设计了一种低成本触针式微位移测量系统,可应用于本科生微纳检测实验教学中,在保证一定测量精度的基础上,充分演示了微小尺寸的测量原理,有利于促进本科生在实验教学中对学科前沿知识的融会贯通。本系统中激光器发出的光束投射到悬臂梁背面的小平面镜上,光束经小平面镜反射后,投射到PSD传感器上。该系统通过探针感知微位移变化,当探针感知到被测物表面的起伏而上下移动时,带动悬臂梁发生弯曲而使光路发生变化,最终使PSD传感器上光斑的位置发生变化,且光斑移动距离和探针移动距离有一一对应关系。测出PSD传感器上光斑移动距离,即可通过...  (本文共84页) 本文目录 | 阅读全文>>