CN103256992A - 一种psd信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电探测中的信号处理技术领域，尤其是一种PSD信号的处理方法。包括：步骤一，利用PSD采集脉冲光源的原始信号；步骤二，利用同一个PSD采集环境光信号；步骤三，对脉冲光源原始信号和环境光信号进行处理，获得脉冲光源的真实信号；步骤四，输出脉冲光源的真实信号。该方法适用于各类PSD定位技术，提高其对光源定位的精度，并节约成本。

Description

一种PSD信号的处理方法

技术领域

本发明属于光电探测中的信号处理技术领域，尤其是一种PSD信号处理方法。 

背景技术

 PSD为横向光电器件，具有光斑重心敏感能力，通过电路处理可直接得到该光斑在敏感面上的坐标。相比于CCD系统，PSD系统不需要复杂的图像处理技术、系统带宽更高、定位精度更高、成本更低。在PSD实际应用中，产品的使用环境总是具有各种环境干扰光，这些环境光使得PSD输出的光电信号存在较大的误差，进而影响PSD对光斑定位的精度。因此，PSD在外露环境下使用时必须消除环境光的影响。 

目前，消除环境光对PSD信号的影响，主要有交流信号处理与直流信号处理两种手段。 

交流方式通过隔直电容仅让交流信号通过，此时探测到的光必须为交流光（脉冲）。交流处理电路主要采用采样---保持方式进行，在信号到来时通过采样点进行电平保持将电平维持在一个恒定值，在信号过后再来一个采样点获取新的保持电平，将这两个电平进行相减可以获取此时信号的幅值。对于交流信号处理过程中的发光光源，通常采用脉冲放光方式。对于脉冲光而言，其强度在时域上受到驱动脉冲能力、温度等影响，呈现为一个变化波形，这对采样点的控制提出了较多要求，使得系统较为复杂；同时，系统在应用中会受到整体转动引起的环境光进入、内部开关灯影响，这些呈现了一定的交流光特性，直接进入到系统中，影响了系统精度。交流处理电路需要对PSD的四角输出信号进行同时隔直处理，结合后继的采样控制，在实现过程中要保持四路相同的特性较为困难，且增大的系统的复杂性，在电路实现过程中显得较为复杂且难以控制一致性。 

直流信号处理就是直接将PSD信号进行放大，因而环境光直接叠加在信号光源上，不需通过后期处理电路进行信号提取。对于直流信号处理手段有研究人员根据环境光干扰抑制思路，在接收光路外面单独用一只PSD进行环境光接收，并以此数值为环境光参量。该方法可一定程度上解决上述的环境光干扰问题，但由于照明光源也会一定程度的进入到该PSD内，导致数据准确性有所下降，且系统多采用了一只PSD探测器，使得成本造价较高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种PSD信号处理方法，该方法能够去除环境光对PSD的影响，获得光源的真实信号，提高PSD对光源的定位精度，且所需设备较少，能够节约成本。 

为了解决上述技术问题，本发明包括： 

步骤一，利用PSD采集脉冲光源的原始信号；

步骤二，利用同一个PSD采集环境光信号；

步骤三，对脉冲光源原始信号和环境光信号进行处理，获得脉冲光源的真实信号；

步骤四，输出脉冲光源的真实信号。

优选地，所述步骤一中，利用PSD采集脉冲光源原始信号的具体步骤为：在PSD前面设置一个脉冲光源，脉冲光源发出的脉冲光及环境光经过带有光学窄带滤波的物镜成像后，在PSD上形成光强信号，光强信号从PSD的四个引脚输出，通过PSD前置放大器放大后，经A/D模块转换成数字信号。 

    优选地，所述步骤二中，利用同一个PSD采集环境光信号的具体步骤为：脉冲光源关闭时，PSD采集经过带有光学窄带滤波的物镜成像后的环境光，在PSD上形成光强信号，光强信号从PSD的四个引脚输出，通过PSD前置放大器放大后，经A/D模块转换成数字信号。 

优选地，所述步骤三中，按照以下公式对脉冲光源原始信号和环境光信号进行处理，获得脉冲光源的真实信号： 

                                                    

其中I _k,j 为k号LED灯在PSD上j号管脚上的真实信号，k为1、2、3……，j为1、2、3、4；I _ik,j 为k号脉冲在PSD上j号管脚上的单次采样信号，I _ih,j 为环境光在PSD上j号管脚上的单次采样信号，n为采样次数。

本发明通过PSD系统先后采集了脉冲光源的原始信号和环境光信号，将脉冲光源的原始信号减去环境光信号，就得到了脉冲光源的真实信号。PSD系统根据脉冲光源的真实信号就可以更为精确的确定光源的位置。而且本发明没有采用独立PSD器件检测环境光，使得成本大幅下降。 

附图说明

附图1为本发明的流程图； 

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。 

如图1所示，本发明包括： 

步骤一，利用PSD采集脉冲光源的原始信号。所述脉冲光源为LED灯，由控制器通过精密时序控制LED灯的开闭，当控制器发出一LED发光信号时，该信号经过LED脉冲驱动器触发LED灯，使LED灯迅速点亮并持续一段持续时间，从而得到一束光脉冲。该光脉冲经过带有光学窄带滤波的物镜成像后，与进入系统的环境光一同在PSD上形成LED灯的原始信号，该信号从PSD的四个引脚上输出。LED发出的光强在时序上总会表现为一定程度的非均匀性，环境干扰光也会呈现一定的低频波形特性，此时PSD获得到的脉冲光信号为具有一定形状的非规则形状。通过PSD前置放大器将PSD引脚的光电转换的弱信号无损放大，形成较大的信号幅值便于后期信号提取。对放大后的PSD信号由高速四通道A/D模块转换成数字信号。由控制器控制LED的发光时序，控制A/D模块的起始采样时刻，使得LED灯发光期间的非规则脉冲全部得以有效数字化。假定该LED灯的序号为k，则发光期间PSD的j号管脚的信号强度为I _ik，j ，控制器可对LED灯进行多次采样并将其数据进行存储，最后对数据进行滤波、取平均值处理。

步骤二，利用同一个PSD采集环境光信号。一定时间间隔后（脉冲干扰过后出现平坦信号），控制器通过精密时序控制发出环境光采样控制信号，此时LED灯关闭，获得的是环境光经过放大后在j号管脚上的信号，记为I _ih，j ，控制器同样将该数据存储。 

步骤三，控制器根据存储的LED灯的原始信号和环境光信号，按照以下公式进行处理，获得LED灯的真实信号： 

  

 

其中I _k,j 为k号LED灯在PSD上j号管脚上的真实信号，k为1、2、3……，j为1、2、3、4；I _ik,j 为k号脉冲在PSD上j号管脚上的单次采样信号，I _ih,j 为环境光在PSD上j号管脚上的单次采样信号，n为采样次数。

步骤四，输出脉冲光源的真实信号。 

Claims (4)

1.一种PSD信号的处理方法，其特征在于，包括：

步骤一，利用PSD采集脉冲光源的原始信号；

步骤二，利用同一个PSD采集环境光信号；

步骤三，对脉冲光源原始信号和环境光信号进行处理，获得脉冲光源的真实信号；

步骤四，输出脉冲光源的真实信号。

2.根据权利要求1所述的PSD信号的处理方法，其特征在于，所述步骤一中，利用PSD采集脉冲光源原始信号的具体步骤为：在PSD前面设置一个脉冲光源，脉冲光源发出的脉冲光及环境光经过带有光学窄带滤波的物镜成像后，在PSD上形成光强信号，光强信号从PSD的四个引脚输出，通过PSD前置放大器放大后，经A/D模块转换成数字信号。

3. 根据权利要求1所述的PSD信号的处理方法，其特征在于，所述步骤二中，利用同一个PSD采集环境光信号的具体步骤为：脉冲光源关闭时，PSD采集经过带有光学窄带滤波的物镜成像后的环境光，在PSD上形成光强信号，光强信号从PSD的四个引脚输出，通过PSD前置放大器放大后，经A/D模块转换成数字信号。

4.根据权利要求1所述的PSD信号的处理方法，其特征在于，所述步骤三中，按照以下公式对脉冲光源原始信号和环境光信号进行处理，获得脉冲光源的真实信号：

                                                    

其中I _k,j 为k号LED灯在PSD上j号管脚上的真实信号，k为1、2、3……，j为1、2、3、4；I _ik,j 为k号脉冲在PSD上j号管脚上的单次采样信号，I _ih,j 为环境光在PSD上j号管脚上的单次采样信号，n为采样次数。