PSD位移测试装置设计.docVIP

中北大学 课 程 设 计 说 明 书 学生姓名： XXX 学 号： XXXXXXXX 学 院： 信息与通信工程 专 业： 电子信息科学与技术 题 目： 基于PSD的位移测试装置设计 指导教师： 程耀瑜、李永红 职称: 教授 2013年 01 月 18 日 中北大学 课程设计任务书 12/13 学年 第 一 学期 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 陆金贵 学 号： 0905014114 课程设计题目： 基于PSD的位移测试装置设计 起 迄 日 期： 2012年12月31日~2013年1月18日 课程设计地点： 主楼1318室，513教研室 指 导 教 师： 程耀瑜、李永红 系 主 任： 程耀瑜 下达任务书日期: 2012年12月31日 课 程 设 计 任 务 书 1．设计目的： 在学习专业基础课和专业课的基础上，主要在电子仪器、微机综合设计与实践、单片机与A/D和D/A和光、计、电综合应用等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培养动手能力。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 设计要求: 1、掌握PSD位置传感器工作原理及其特性 2、掌握PSD位置传感器测量位移的方法 3、完成PSD位移测试装置设计 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 设计说明书符合要求； 相应器件的工作原理； 系统工作原理图； 参考文献原文不少于3篇。 课 程 设 计 任 务 书 4．主要参考文献： 学生根据所查的资料， 在此写3-5篇参考资料。 要求交回的任务书中写出具体的参考资料。 5．设计成果形式及要求： 设计说明书及相关电路图 6．工作计划及进度： 2012年12月日月日月日月日月日月日月日PSD（Position Sensitive Detectors）是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器。PSD 由 P 衬底、PIN 光电二极管及表面电阻组成。与 CCD 探测器相比，PSD 有诸多优点，如位置分辨率高，响应速度快和处理电路简单等。另外，位置信号与落在探测器上的光斑形状无关。 各种精度和规格尺寸的 PSD 探测器： PSD特点： 位置分辨率高、光谱响应宽、响应速度快、位置和光强同时测量 、不受光斑的约束、可靠性高等。 PSD应用范围： 光学位置和角度的探测、光学遥测系统、位移和振动测量、激光对中和准直、距离测试、人类运动姿态分析等。 PSD分两种类型：一维PSD（1D-PSD）和两维PSD（称2D-PSD）探测器。本次设计中我们用到的是一维PSD，下面仅针对一维PSD作详细介绍，另对二位PSD工作原理作简要介绍。 二、一维PSD位置传感器工作原理 1D-PSD 的结构图： 1D -PSD 的等效电路图： PSD 截面图： 如图所示，PSD 由在平面硅衬底上的三层组成：P 型层在表面，N 型层在另一面， I 层在它们中间。 落在 PSD 上的入射光转换成光电子后由 P 型层上两端电极探测并形成光电流。 PSD 工作原理： 当光点入射到PSD表面时，由于横向电势的存在，产生光生电流，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上分别得到光电流和，显然。而和的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。假设PSD表面分流层的阻挡是均匀的，则PSD可简化为如下图所示的电位器模型，其中、为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，显然、正比于光点到两个输出电极间的距离。 由此可得出如下公式：I1 和 I2 是电极的光电流，2L 和 I0 分别代表电极间距和总光电流。 （1）当 PSD 几何中心设定为坐标原点： 因为 I1 / I2 = R2 / R1 = （L-X）/( L+X） I0 = I1 + I2 所以可得 I1 = I0（L-X）/2L I2 = I0（L+X）/2L X =（ （I2 - I1