PSD用于零位跟踪的研究及应用

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1、2012年8月第32卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementAug．，2012Vol_32．No．4文章编号：1000—7202(2012)04-0014—04中围分类号：TH703PSD用于零位跟踪的研究及应用商秋芳1李永刚1杨慧宇2张忠武1王震1(1．北京航天计量测试技术研究所，北京100076；2．北京航空工程技术研究中心，北京100076)文献标识码：A摘要介绍了一维PSD的工作原理及特性，提出了一种利用PSD为位置传感器进行零位跟踪的方

2、法，详细阐述了根据该方法设计的高速、高准确度的PSD信号处理电路、软件算法及其中的关键技术，有效地解决了方位角测量系统中远距离垂直传递的难题，并取得了综合角度传递误差小于=t：10”的测量结果。关键词位置敏感探测器零位跟踪垂直传递差动运算ResearchandApplicationonPSDUsedinZeroTrackingSHANGQiu—fan91LIYong-gan91YANGXIui-yu2ZHANGZhong—wulWANGZhen(1．BeijingAemspaceInstituteforMetm

3、logyandMeasurementTechnology，Beijing100076；2BeijingAeronauticalTechnologyResearchCenter，Beijing100076)AbstractTheworkingprincipleandcharacteristicofonedimensionPSDareintroduced，andamethodthatusesPSDaspositionsensortoachievezerotrackingisproposed．Accordingtot

4、hemethod，aseriesofhighspeed，highaccuracysignalprocessingcircuit，softwarearithmeticandkeytechnologiesareexpounded．Somedifficultproblemsofremoteverticaltransferintheazimuthanglemeasurementsystemaresolvedeffectively．andalessthan士10”measurementresultofgeneralans

5、letransfereITorisac-quired．KeywordsPositionsensitivedetectorZerotrackingVerticaltransferDifferentialoperation1引言PSD是Positionsensitivedetector的缩写，即“位置敏感探测器”，它是由在光敏面上带有输出端的PIN光电二极管及表面电阻组成。当光斑落在光敏面的任意位置时，都能产生光电流，电流的大小由光斑在光敏面上不同的位置来决定。与CCD相比，PSD具有器件结构及外接电路相对简单，响

6、应速度快，位置分辨力及可靠性高等特点。PSD分为一维和二维两种，它与光学测量方法相结合，可用于探测静态或动态条件下微小的位置和角度变化量，因此在光学位置及角度的探测，光学遥测系统，距离测试，位置及振动测量中得到了广泛应用。PSD用于‘俘位跟踪”，是指以PSD的输出信号为依据，把设备以自动或手动方式调整至输出信收稿Et期：2012—01—05，修回日期：2012—02-15作者简介：商秋芳(1982一)，女，硕士，工程师，主要研究方向：精密仪器电控部分设计与研究。第4期PSD用于零位跟踪的研究及应用号为“零”的位

7、置，即“零位”．来实现固定位置或角度的跟踪和复现。这与PSD探测绝对位置值不同，而是利用PSD高位置分辨力的特点，对位置的变化进行探测。当光线落到PSD中心位置时，输出信号为“零”，其余位置则为“+”或“一”输出，操作者通过判断PSD输出信号的正负，不断调整设备机械部分的位置，直至输出为“零”，即完成了对“零位”的跟踪。远距离方位角垂直传递系统，是在同一铅垂线上，把已知线的方位角从高处向低处传递，得到未知线的方位角。由于传递距离远，整体式、刚性结构无法实现，需采用新的技术方法。将PSD用于零位跟踪的方法应用于该

8、系统中，可解决以上难题，并可达到较高的系统准确度。本文以两个一维PSD作为光接收器件，采用差分输出指零的方案，即“零位跟踪法”，来实现远距离、静态、无接触式的方位角垂直传递。2一维PSD工作原理一维PSD的工作原理如图l所示，由P，I．N三层组成，P层为光敏面，两端有，．和，2两个输出端，光敏面的背面，N层有一公共端，接偏置电压。当光照时，PIN光电二极管产生光电流，光线位置与输出光电