论文题目: PSD相位法多光束同步检测技术研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 仪器科学与技术
作者: 孙先逵
导师: 秦岚
关键词: 相位法定位,同步检测,频分复用,误差
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 位置敏感探测器(Position-Sensitive Detector,简称:PSD)是一种基于横向光电效应探测光点位置坐标信息的半导体器件,它拥有多种携带位置的信息载体,幅度和相位是两种可以预见的信息载体。一直以来,PSD 幅度法定位技术是人们的研究重点,该方法在测量过程中会受到背景光噪声等信号的影响,应用起来会受到约束,而采用相位法来实现定位,具有处理电路简单、检测精度高、抗干扰能力强等优点,因此具有很好的应用前景。本文在全面概括和总结PSD 横向光电效应两种模型的基础上,利用PSD 的RC 传输线模型,对PSD 相位法定位原理展开了深入研究,得出PSD 电极输出电流的相位响应,另外还研究了外围电路负载及光源调制频率对PSD 相位法定位的线性度及位置分辨率的影响。在光电精密位置检测系统中,采用尽可能少的光电探测器从多路光束中获取足够信息实现检测,有利于提高系统的可靠性并降低成本。论文作者从信号同步检测的思想出发,结合频分复用的方法,提出并研究了基于PSD 相位法的多光束同步检测技术,设计了实现该技术所需的信号处理电路以及软件程序,并将PSD 传感器、PSD 相位法信号处理电路、A/D 转换卡、LED 光源系统、电源、计算机以及软件集成为多光束同步检测实验系统,分别使用单片一维PSD 和二维PSD 对多路光束进行同步检测与信号分离实验,实验结果证明可以对多路光束的位移实现同步检测。最后还对该多光束同步位移检测系统的误差进行了评定,详细分析了了产生误差的原因,并给出了相应的消除措施。本文的研究工作为多光束信号同步检测提供了一种新的、有效的途径。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 多路光信号同步检测技术现状
1.2 基于单片PSD 的多路光信号同步检测技术
1.2.1 用循环点亮光源的方法实现单个PSD 检测多光束的技术
1.2.2 基于PSD 幅度法定位的同步检测多光束技术
1.3 光电位置探测器的选择及PSD 的研究进展
1.3.1 光电位置探测器的选择
1.3.2 PSD 的研究进展
1.4 本文的主要研究工作
1.4.1 问题的提出及意义
1.4.2 本文研究的主要内容
2 PSD 相位法定位原理研究
2.1 概述
2.2 位置敏感探测器(PSD)
2.2.1 PSD 横向光电效应
2.2.2 PSD 输出电流的位置信息载体——幅度和相位
2.3 PSD 相位法定位原理
2.3.1 PSD 输出电流响应
2.3.2 负载零近似条件下的相位响应
2.4 电极电流的相位与光斑位置关系的模拟
2.5 本章小结
3 新型多光束同步检测系统
3.1 PSD 相位法多光束同步检测系统的总体方案设计
3.2 PSD 器件
3.2.1 光谱响应特性
3.2.2 响应度
3.2.3 位置检测误差
3.2.4 位置分辨率
3.2.5 温度特性
3.2.6 结电容与反偏电压的关系
3.2.7 本系统所选用的PSD 性能参数
3.3 光学部分设计
3.3.1 光源的选取
3.3.2 红外发光二极管的驱动电路
3.3.3 光学镜头的选择
3.4 信号处理电路设计
3.4.1 放大电路
3.4.2 滤波电路
3.4.3 过零比较电路
3.4.4 鉴相电路
3.5 A/D 转换卡
3.6 软件部分
3.6.1 系统界面
3.6.2 数据采集程序
3.7 本章小结
4 PSD 相位法多光束同步检测实验研究
4.1 实验系统集成
4.2 系统定标实验
4.2.1 一维PSD 实验结果
4.2.2 二维PSD 实验结果
4.3 位移检测实验
4.4 本章小结
5 误差分析
5.1 位移检测误差分析
5.2 误差产生的原因
5.2.1 PSD 器件引起的误差
5.2.2 平行度引起的误差
5.2.3 光源引起的误差
5.2.4 信号传输与处理电路引起的误差
5.2.5 A/D 转换卡引起的误差
5.2.6 其它原因引起的误差
5.3 本章小结
6 全文总结
致谢
参考文献
附录1:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
附录2:系统硬件电路
附录3:PCB 板
附录4:系统软件程序
附录5:系统定标实验数据
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-11-07
参考文献
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