一维PSD激光定位反馈指示电路设计

朱婧婧　李亦军

(中北大学理学院物理系　山西 太原　030051)



一维PSD激光定位反馈指示电路设计

朱婧婧李亦军

(中北大学理学院物理系山西 太原030051)

摘 要：针对某新型激光定位微角位移测试系统，应用一维PSD接收激光并定位反馈指示，设计了一维PSD对中处理电路．实验证明，激光光斑小于10 mm时，对中精度达1 mm．

关键词：一维PSD对中电路激光定位

位置敏感器简称为PSD器件，是一种新型的光电敏感器件，可以连续测量光点位置，基于横向光电效应来测量光入射点的位置，以及与位置有关的其他量．它具有成本底、灵敏度高及位置分辨率高等特性，输出的位置信息与光斑的形状无关，只跟光斑能量中心有关[1]．在很多领域得到广泛的应用．

本文就某新型激光微角位移测试系统设计了一维PSD激光对中定位反馈指示电路．可应用于位移、角位移及其相关等激光测试系统中．

1一维PSD结构和工作原理

PSD是一个P-I-N二极管的结构．它是在P型半导体和N型半导体之间加入一层本征半导体(也称I层)．在P层两端有两个输出电极，在N层底部有反偏电极，可以加反偏电压,形成光电流I0[2]．

当光入射到PSD光敏面时，很大一部分的光子被I层吸收，产生大量的电子-空穴对，在电场中发生载流子的定向运动，于是形成光电流，分别分配到两个电流信号电极．

图1　一维PSD基本结构图

如图1所示，A点为光的入射位置，O为坐标原点，x为入射光离坐标原点的位置，2L为两电极之间的距离．总电流I0等于两分电流I1与I2之和[3]．

PSD的面电阻是均匀的，I1与I2可以表示为

(1)

(2)

由式(2)可以看出，入射光点位置仅与光斑的能量中心有关．

2一维PSD的信号处理电路以及对中处理电路

图2中Rf1与Rf2为反馈电阻，反馈电阻不易过大，选择兆欧级别的即可，否则会比较容易产生振荡，因此在此电路图中所有反馈电阻都取值为10 kΩ,其余电阻值也为10 kΩ．并联在反馈电阻上的电容起到了滤波的作用，由于杂波的频率较高，所以选取的电容的电容值一般很小，选择容值为1 μF．

图2　一维PSD的信号处理电路

一维PSD的信号处理电路主要运用了AD704[4]，当激光入射到PSD表面时，光信号转换为电信号，PSD输出的是微小的电流信号，为了更好地测量，在信号进入AD704之前，首先把PSD两端输出电流信号I1和I2分别转换为电压信号V1和V2，再对电压信号进行加法电路和减法电路的处理，分别得到电压信号V3和V4,其中,最后需要一个除法器来实现对一维PSD信号位置信号的测量,所得的V0与式(2)结合可以获取激光入射信号的位置x[5]．

(3)

(4)

3结论

按照激光微角位移定位测试系统要求，为制作一维PSD对中指示器设计了如图3所示的一维PSD对中处理电路，当激光光斑水平方向能量中心处在一维PSD中心时，该电路警示灯发光．该电路运用N型MES场效应管即MESFET-N作为电子开关控制指示灯，场效应管属于电压控制型半导体器件，当场效应管的输入电压为高电平时，电路导通，警示灯发光．实验证明，激光光斑小于10 mm时，通过调节LM393双电压比较器外围电路的滑动变阻器来调节该电路对准精度，对中定位精度可达1 mm，该电路不仅可应用在激光测试领域，也可在国际军事上应用于激光瞄准、火炮校瞄等．

图3　一维PSD对中处理电路

参 考 文 献

1朱尚明. 位置敏感探测器PSD及其应用研究.仪表技术与传感器，1996(2)：39～40

2段洁,孙向阳,蔡敬海，等.PSD在激光位移检测系统的应用研究.红外与激光工程，2007，36(6)：281～284

3于丽霞,王福明.一维PSD器件及其在测量中的应用.现代电子技术，2007(7)：143～144

4杨袆,吕肖刚.基于PSD传感器的激光语音还原系统电路设计.电子技术应用，2014(1)：50～52

5何敏,刘荣,闵锐.位置传感器PSD的应用电路设计.电子测量与仪器学报，2009(S1):323～326

Design on One-dimensional PSD Laser

Position Feedback Indicating Circuit

Zhu JingjingLi Yijun

(Department of Physics,North University of China，Taiyuan,Shanxi030051)

Abstract:In a new type of laser positioning micro angular displacement test system,a one-dimensional PSD of the processing circuit is designed by applying a one-dimensional PSD receiving laser and position feedback instructions.The experiment proved that when the laser spot is less than 10 mm,The accuracy is 1 mm.

Keywords:one-dimensional PSD；center；circuit；laser positioning

收稿日期：(2016-07-06)