一种基于LabVIEW的相位法PSD微位移测量系统设计.pdf

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1、116传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第12期一种基于LabVIEW的相位法PSD微位移测量系统设计吴腾蛟，薛联，段莹，席锋，秦岚(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044)摘要：基于相位法的位置敏感探测器(PSD)检测技术较之幅值法具有处理电路简单、检测精度高、抗干扰能力强、环境适应性好等优点。利用二维双面分流型PSD和LabVIEW虚拟仪器平台，实现了基于相位法的PSD微位移测量系统的设计。实验表明：PSD输出信号的相位差和光斑位置具有良好的线性关系，非线性误差小于0．1％。

2、关键词：位置敏感探测器；相位法；LabVIEW；虚拟仪器；微位移测量中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)12-0116-03‘’‘‘Designo0naphasemethodPSDm‘icro-displacementmeasurementsystembasedonLabVIEWWUTeng-jiao，XUELian，DUANYing，XIFeng，QINLan(KeyLaboratoryofOptoelectronicTechnology&SystemofMinistryofEducation．ChongqingUniver

3、sity，Chongqing400044，China)Abstract：PSDdetectiontechniquebasedonphasemethodhasadvantagesofsimpleprocessingcircuit，highdetectingprecision，stronganti—interferenceabilityandgoodenvironmentaladaptability，comparedwithamplitudemethod．Amicro—displacementmeasurementsystembasedonLabVIEWand2Dduo—l

4、ateralPSDisdesigned．ExperimentalresultsrevealthatthephasediferenceofthePSDoutputsignalandthelightspotpositionhavegoodlinearrelation．andthenonlinearerrorislessthan0．1％．Keywords：positionsensitivedetector(PSD)；phasemethod；LabVIEW；virtualinstrument；micro—displacementmeasurement0引言本文依据相位法测量原理

5、，用数字信号处理器取代多位置敏感探测器(positionsensitivedetector，PSD)是一级模拟电路，构建了基于$1300的双面分流型PSD的位移种基于非均匀半导体横向光电效应来探测光斑重心位置的测量系统。通过数据采集卡采集经过放大的PSD输出信光电探测器件。其优点是分辨率高、响应速度快、光谱响应号，利用LabVIEW的强大处理功能来实现数据处理的数字化。和模拟方法相比，该系统进一步简化了信号处理电路，宽、价格低廉等，并能实现连续测量。因此，它被广泛应用提高了系统可靠性和抗干扰能力。实验表明：PSD输出信于人体摄像测量、机器人控制、航空对接、跟踪制导、激光

6、束号的相位差和光斑位置具有良好的线性关系。的监控(对准、位移和振动)等诸多领域。1PSD相位法检测原理PSD光斑位置测量有幅值定位法和相位定位法2种，本文采用的是双面分流型PSD，如图1(a)所示。由于目前应用于实际测量的均采用幅值法。自1994年德克萨检测方向和l，方向位置信息的电极处于PIN极的两边，斯大学奥斯汀分校NarayananC，BuckmanAB等人提出相双面分流型PSD线性度较其他几种要好。它的等效电路位法以来，相位法的研究有了一定的进展。相位法具有幅如图1(b)所示。值法无法比拟的一些优点，如，位置信息不依赖光强、适合如图1(b)所示，二维PSD可看作

7、2个一维PSD，一维多光束探测、处理电路简单等。在前期工作中，本课题PSD光斑位置探测原理图如图2所示。在低频正弦调制光组设计了基于相位法的PSD位移检测系统，文献[3]中设的照射下，PSD两电极的输出电流的相位可写为计了基于模拟信号处理的PSD相位法检测系统。但由于0⋯gle{}，(1)引入多级运放电路，测量效果并不十分理想。收稿日期：2011-04-02基金项目：重庆市自然科学基金资助项目(CSTC，2009BB3363)第l2期吴腾蛟，等：一种基于LabVIEW的相位法PSD微位移测量系统设计117I．(a)双面分流型PSD(b)等