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快速采集為基礎(chǔ)可實(shí)際操作的單片機(jī)PSD數(shù)據(jù)采集

作者: 時(shí)間:2014-01-16 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

作為一種精密的光電位置傳感器,具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、位置分辨率高、光譜響應(yīng)范圍大等特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光電檢測(cè)技術(shù)中,尤其是高精度、高速度的技術(shù)中。如何在極短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)的采集,成了采集輸出數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。本文基于技術(shù),設(shè)計(jì)搭建了一套高速的輸出及控制電路,通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)PSD輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,從而為后續(xù)的PSD定位精度以及抗干擾研究奠定理論基礎(chǔ)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/226931.htm

1 PSD 的工作原理

光電位置敏感器件PSD(Position Sensitive Detector)是一種基于橫向光電效應(yīng)、連續(xù)分布的半導(dǎo)體位置探測(cè)器件,能快速、準(zhǔn)確給出入射光點(diǎn)在光敏面上的位置,即PSD輸出的信號(hào)與光點(diǎn)在光敏面上的位置有關(guān)。如圖1所示,表面P+層為感光面,兩邊各有一信號(hào)輸出電極。中間為I層,底層的公共電極用于加反向偏壓。當(dāng)光線入射到光敏面上時(shí),由于與結(jié)面平行的橫向電場(chǎng)作用,光生載流子形成向兩端電極流動(dòng)的電流X1 和X2,且總電流X0 = X1 + X2。

快速采集為基礎(chǔ)可實(shí)際操作的單片機(jī)PSD數(shù)據(jù)采集

當(dāng)入射光斑與兩電極的間距發(fā)生變化時(shí),兩電極的輸出電流也隨之變化,從而實(shí)現(xiàn)了位置測(cè)量功能。

如圖2 所示,如果PSD 的面電阻是均勻的,且阻值R1 和R2 遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻RL,則R1 和R2 的值僅取決于光點(diǎn)的位置,即:

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式中:L 為PSD 中點(diǎn)到信號(hào)電極的距離;x 為入射光點(diǎn)到PSD中點(diǎn)的距離。

將X0 = X1 + X2 代入式(1),即可得到光點(diǎn)坐標(biāo):

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顯然上式與入射光強(qiáng)X0 無(wú)關(guān),這就是一維PSD 的定位原理。二維PSD的基本原理與一維PSD相同,只是計(jì)算公式不同。2 PSD 的選取

本文選取的是瑞典SiTek公司出品的SPC01光電位置傳感器。它是一款二維兩面分流型PSD,采用PSD使用厚膜技術(shù)制造,將PSD傳感器與處理電路集合為一體,處理電路只有前置放大、加法器和減法器,其處理電路框圖如圖3所示。

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將輸出電壓Diff X、Diff Y 和Sum X、Sum Y 與二維位置的關(guān)系式為:

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