基于光杠杆原理的微位移测量系统设计

基于原子力显微镜的工作原理,设计了一种端点带反光镜的悬臂梁,实现光点位移放大,并利用位置敏感器件(PSD)将光点位置信息转换成光电流,从而设计出一种微位移测量系统。该系统结构简单、灵敏度高,适用于微小位移量的测量。文中给出了该测量系统检测原理,设计了信号处理电路,利用压电元件对悬臂梁端点微位移进行了检测。该系统可检测的线性位移量程为0~50μm,线性度为1.79%FS,分辨力可达50nm。     

基于PSD的微位移测量系统研究

为了提高激光跟踪仪的跟踪精度,改善激光跟踪仪性能,根据测量光斑在PSD上的坐标可实现光斑位移测量的原理,研究了提高微位移测量精度的方法,设计出一种由PSD传感器、ADS8556模数转换器和TMS320F28335数字信号处理器构成的高性能微位移测量系统.该系统在硬件设计中引入二阶有源低通滤波器消除了部分噪声干扰;在软件设计中通过误差补偿和数字滤波进一步提高了数据可靠性.加入抗干扰设计后,获得的二维坐标波动量峰峰值均在6μm以内.实验表明,该系统可获得高精度的光斑坐标,为激光跟踪仪精密跟踪奠定良好基础.     

二维位移测量中激光漂移实时补偿方法研究

激光漂移是影响二维位移测量精度的主要因素之一。为了消除激光光源漂移对二维位移测量结果的影响,提出了一种双光路激光漂移实时补偿的方法。在二维位移测量系统中,根据测量光路结构工作机理建立了激光光源平漂和角漂对位移测量产生误差的模型,通过参考光路监测激光的漂移量,并利用误差模型将漂移量经过转换后补偿到测量结果中。理论分析表明,本文方法能够实现对平漂和角漂的完全补偿。分析了实际光路布置中的结构参数误差对补偿效果的影响,基于此选择光路的结构参数。实验结果显示,使用双路激光漂移补偿方法后,可以使8h内的X方向和Y方向的漂移量分别减少55.1%和73.3%。     

ATP跟瞄系统中位置敏感探测器测量精度研究

为满足星－地量子通信中 ATP 跟瞄系统对二维位置敏感探测器（PSD）的精密性、实时性、可靠性的要求,基于 LabVIEW 设计了 PSD 精度测量与误差修正系统。首先,采用驱动平台带动激光光源,通过扫描 PSD 光敏面,获得电压值并计算出光斑位置,分析非线性成因,采用多项式拟合法建立实际值与测量值间的数学模型,得到非线性修正函数。然后,结合光学三角测量对被测物体进行微位移和角度测量,并对测量结果进行误差修正。实验结果表明,经过修正后 PSD 位置误差显著减小,满足系统对 PSD 的需求,通过 LabVIEW 软件编程提高了系统的测试效率。     

基于PSD的微位移测量系统研究

介绍了PSD的结构、特性和工作原理,设计了一种基于PSD探测器的微位移测量系统。针对PSD信号输出特点和实际应用要求,提出了基于PSD的微位移信号采集、处理和上位机通信系统。单片机通过ADS7864采集PSD的输出信号,处理后由RS232接口传给上位机,位移值在上位机界面显示,实现了对光斑微位移量的实时测量。实验结果表明,该系统响应速度快、测量精度高,可广泛应用于微位移测量领域。     

热轧薄板测量系统中激光波长的优选

研究了绿光、红光和红外光激光光源和热轧薄板干扰光对热轧薄板厚度测量的影响.利用电炉加热Cu薄片模拟生产现场热轧薄板环境,采用双光路激光三角法,在基于位置敏感器件(PSD)的调制光源和非调制光源的两种测量系统上,分别选用不同激光光源对热轧薄板厚度进行测量.实验结果表明,在两种测量系统中,测量精度均受到了热轧薄板干扰光的很...     

激光位移测量试验系统设计

为提高一维位置敏感器PSD激光微位移测量的精度和稳定性,设计位移测量试验系统.系统采用PSD作为位移检测传感器,使用OPA211低噪运算放大器设计电流转电压(Ⅰ/Ⅴ)信号调理电路,以单片机STM32F103为控制器,控制步进电机滑台移动激光光源,采用ADS1256采集位移信号,实现自动位移及位移测量系统.试验测量结果表...     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

基于CCD的激光微位移测量系统研究

介绍了一种基于多普勒效应的可进行动态微位移测量的激光微位移测量系统。该系统以He-Ne激光器为光源,配以干涉系统移动方向判别及分频系统、CCD视频信号的高速动态采集系统、微机处理系统及干涉图处理软件包等。与传统测量方法相比,其精度、灵敏度及稳定性都有较大提高,并实现了微位移的全自动测量。     

负载电阻及光敏层电阻率对一维PSD的影响

分析了光敏层电阻率的非均匀分布及负载电阻不为零情况下对一维位置敏感探测器(PSD)位置误差的影响。分析结果表明,光敏层电阻率的非均匀分布对一维PSD的边缘位置误差影响很小,而负载电阻则是影响边缘误差的主要因素。减小负载电阻能够减小PSD的边缘误差。     

PSD位移传感器测量误差的修正方法

为了提高自制位置敏感探测器(PSD)激光三角位移传感器的精度,提出一种简单、可行的数据修正方法,对传感器所采用的测量原理、敏感器件及自制工艺等进行了研究。首先,对自制的位移传感器的静态精度进行实验标定,分析其位移误差曲线。通过将位移测量误差曲线与敏感器件自身检出误差曲线进行比对,结合自制传感器的组装工艺,分析其误差来源。然后,通过调整激光三角测量原理中位移传递公式的具体参数,达到优化自制位移传感器的静态精度的目的。最后,用反复多次地,不同测量范围、测量步长下的位移数据曲线优化效果,证明这种修正方法的普适性。实验结果证明:经过该方法修正后,自制的PSD位移传感器的测量数据的误差降低约80%,其静态位移精度基本达到1%。这种修正方法能够简单、有效地提高PSD激光三角位移传感器的测量精度。     

基于低噪声PSD的光线偏转测量方法研究

采用两个分离式的反向并联的光电位置敏感探测器(PSD),设计了一种新型光电位置敏感传感系统,用于光线偏转的测量.在该系统中,使用一个透镜来提供光学增益并限制探测器的入射角.这种器件对光斑位移的频率响应是非常好的,而且这种分离式的设计能够使电子放大器具有很低的固有热噪声.以氦一氖激光器的标点噪声通过传感器所得到的测量值作为频率函数能够得到更高的精度,更适用于光线偏转角度的测量.     

基于小波理论的PSD测试系统的数据分析

位敏探测器(PSD)技术作为光电技术的重要组成部分,在各学科领域得到广泛应用.随着对PSD系统信号精度的要求越来越高,要求研究出更好的去噪效果的方法.针对PSD系统信号的特性,选择db8、sym8、coif8对含噪的信号进行处理和对比,并通过MATLAB中的小波GUI软件进行数字仿真,并对仿真结果进行比较,从而得出最适...     

基于光电位置传感器的发射轨道空间几何坐标一致性校正系统设计

在现代发射轨道空间弹丸飞行姿态研究中,通过轨道上的多组阴影相机基站瞬态捕捉弹丸姿态图像数据,对图像数据进行处理计算可以获得弹丸的飞行轨迹数据。因此,阴影相机的空间坐标校正对飞行姿态数据的获取以及测量精度有着重要的影响。针对传统悬线型基准系统校正误差大以及因每组相机间独立校正而导致的空间几何坐标校正一致性低的问题,基于光电位置传感器和光学杠杆原理,设计了新型阴影相机空间几何坐标校正系统。阐述了该系统的理论背景、组成以及调校方法,并对该系统进行了实验分析。实验结果表明,采用该系统校正阴影相机俯仰角精度优于10″,单组相机校正实验测量结果误差不超过0.06mm,多组相机校正一致性误差不超过0.1mm。     

负载电阻及其对称性对光位敏器线性及精度的影响

通过对一维光位敏器（PSD）等效电路的分析,得出与具体系统无关的光位移普遍表达式。该式表明,负载电阻对于PSD内阻的比值及两边负载电阻的不对称性将极大地影响测量的线性及精确度,而PSD内阻随光源光强有数量级的变化,因此一般的光位移公式在用强光源（如激光）时应加以修正。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量系统

基于适度光反馈自混合干涉(OFSMI)技术,设计了一种位移测量方法.该办法通过对自混合干涉信号的整数条纹部分进行计数和对小数条纹部分进行细分,实现大量程高分辨率的位移测量.对小数条纹分析时,运用数据拟合方法,找出干涉波形特征点与被测物位移之间的关系,从而实现对小数干涉条纹部分对应位移的测量.仿真分析和实验结果证明,此方法可对位移进行大量程高精度的测量,误差平均为0.83%.并通过设计算法对物体的任意运动轨迹进行重构.     

基于光学杠杆原理的炮口扰动角测试方法研究

针对小口径火炮性能测试时难于准确测量炮口扰动角度的问题,提出了基于光学杠杆原理的非接触式炮口扰动角测量方法。根据小口径火炮发射过程中的振动规律,建立修订了炮口扰动角与光电位置传感器(PSD)二维坐标间的数学模型,并在实验室条件下,搭建模拟实验系统,验证了光学杠杆理论模型的合理性、准确性。为系统测试功能的最终实现奠定了数学基础,为测量火炮炮口扰动角及其振动规律提供了重要参考。     

PSD光学敏感器系统测量目标位置和距离

在ＰＳＤ光学敏感器系统用于空间飞行器交会对接中，进行了测量目标相对位置、距离和角度的理论与实验研究，测距精度为０．０２ｍ，方位角与俯仰角的测量精度分别为０．１７６°和０．１８２°