CN107289873B - Psd传感器测量数据的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PSD传感器测量数据的修正方法；将PSD传感器粘贴在被检测物体表面，使激光发射器发出的激光在PSD传感器的接收面上形成一个激光点，步骤1、建立一个固定的平面直角坐标系，其所处的平面与PSD传感器的接收面平行，其原点与激光点对应；步骤2、将此时被检测物体表面上与原点对应的点确定为被检测点，将PSD传感器的接收面上与原点对应的点确定为PSD检测点；设被检测点和PSD检测点映射在坐标系上的点的坐标分别为(x_t，y_t)和(x_p，y_p)；步骤3、当被检测物体发生变形时，x_t和y_t的修正计算公式如下：x_t＝ax_p+by_py_t＝cx_p+dy_px_p和y_p通过PSD传感器获得，a、b、c和d均通过预先的测量得出；本发明修正精度高、简单易算。

Description

PSD传感器测量数据的修正方法

(一)、技术领域：

本发明涉及一种测量数据的修正方法，特别涉及一种PSD传感器测量数据的修正方法。

(二)、背景技术：

PSD传感器是一种位置敏感传感器，它能测量光点在探测器表面上的连续位置，它是一种新型的光电器件，或称为坐标光电池，它是一种非分割型器件，可将光敏面上的光点位置转化为电信号。PSD传感器的使用方法如下(参见图1、图2)：

1.将PSD传感器2通过粘贴方式安装到被检测物体(高压开关筒体)1表面，将激光发射器3安装在固定位置上；

2.激光发射器3发射的激光发射到PSD传感器2上，PSD传感器2由若干光电二极管构成，接收到当前发射的激光后，PSD传感器2上对应的光电二极管被点亮，并输出当前二极管的位置信号A(x₀，y₀)；

3.由于激光发射器3安装在固定位置上，可认为激光源的位置不发生变化，当被检测物体1由于温差、光照、沉降等造成变形的时候，粘贴在被检测物体1上的PSD传感器2会随着被检测物体1本身发生位置变化，由于激光源3的位置不发生变化，当PSD传感器2随被检测物体1移动后，照射的激光点位置会发生相应的变化，随之新的光电二极管会被点亮，PSD传感器2输出当前被点亮的二极管位置B(x₁，y₁)；

4.将PSD传感器2的光电管以初始点A(x₀，y₀)作为坐标原点，将PSD传感器2划分为四个象限，通过计算A、B点之间的位移(|x₀-x₁|,|y₀-y₁|)来确定检测物体1的位移方向及位移大小。

由于PSD传感器2是通过粘贴等形式安装在被检测物体1表面的，在被检测物体1发生形变的时，PSD传感器2发生形变，同时，粘接剂在温度、受力等外界条件的影响下也在发生形变，这会造成PSD传感器2测量的位移和被检测物体1的位移之间存在非线性关系，通过PSD传感器2测量出来的数据并不能精确反应被检测物体1的位移，因此，需要对PSD传感器2测量出的数据进行修正。

(三)、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种修正精度高、简单易算的PSD传感器测量数据的修正方法。

本发明的技术方案：

一种PSD传感器测量数据的修正方法，先将PSD传感器粘贴在被检测物体表面，将激光发射器安装在固定位置上，使激光发射器发射出的激光垂直射在PSD传感器接收面的中部，此时，激光在PSD传感器的接收面上形成一个第一激光点(该第一激光点的位置是固定不变的)，接着进行以下操作，

步骤1、建立一个固定的第一平面直角坐标系，该第一平面直角坐标系所处的平面与PSD传感器的接收面平行，该第一平面直角坐标系的原点称为第一原点，第一原点的位置与第一激光点的位置对应；

步骤2、将此时被检测物体表面上与第一原点的位置对应的点确定为被检测点，将此时PSD传感器的接收面上与第一原点的位置对应的点确定为PSD检测点，以后，随着被检测物体的变形，被检测点和PSD检测点的位置均发生变化；设被检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标为x_t，纵坐标为y_t；设PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标为x_p，纵坐标为y_p；

步骤3、当被检测物体发生变形时，被检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_t和纵坐标y_t的修正计算公式如下：

x_t＝ax_p+by_p

y_t＝cx_p+dy_p

其中，PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p通过PSD传感器获得，参数a、参数b、参数c和参数d均通过预先的测量得出，x_t和y_t的数值真实反映了被检测物体在被检测点处的变形量。

在使用PSD传感器检测物体的变形时，被检测物体在水平方向上的位移会导致PSD传感器受力运动，理想情况下，被检测物体和PSD传感器的位移相等，即参数a为1，参数b为0，但实际上，粘合剂、安装方式、PSD传感器力学性能等原因导致PSD传感器在水平和竖直方向上都会发生位移，从而导致检测结果和物体的实际变形有偏差；同理，在检测物体竖直方向上的位移时也会出现上面的问题；因此，需要对PSD传感器测得的数据进行修正。

PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p的获得方法如下：

步骤2.1、在PSD传感器的接收面上建立一个移动的第二平面直角坐标系，该第二平面直角坐标系的原点在PSD检测点处；

步骤2.2、从PSD传感器上读出第一激光点在第二平面直角坐标系上的横坐标x'_p和纵坐标y'_p；

步骤2.3、获得PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p：x_p＝-x'_p，y_p＝-y'_p。

参数a、参数b、参数c和参数d的测量方法如下：

步骤3.1、将被检测物体和激光发射器放置在一个高低温箱中，激光发射器安装在固定位置上，激光发射器发射出的激光垂直射在被检测物体表面，并在被检测物体表面形成一个第二激光点(该第二激光点的位置是固定不变的)，在被检测物体表面且位于第二激光点处画一个测量标记点；

步骤3.2、建立一个固定的第三平面直角坐标系，该第三平面直角坐标系所处的平面与被检测物体表面平行，该第三平面直角坐标系的原点称为第三原点，第三原点的位置与第二激光点的位置对应；

步骤3.3、当调节高低温箱的温度时，测量标记点的位置会偏离第二激光点；在高低温箱的一段温度范围内设定n个间隔相等的温度检测点，调节高低温箱的温度，在各温度检测点处测量并记录下测量标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_ti和纵坐标y_ti，i＝1～n；

步骤3.4、将高低温箱的温度调回到步骤3.1所处的温度，此时，测量标记点与第二激光点的位置重合；将PSD传感器粘贴在被检测物体表面，使第二激光点位于PSD传感器接收面的中部，将此时PSD传感器的接收面上位于第二激光点处的点作为PSD标记点；

步骤3.5、当调节高低温箱的温度时，PSD标记点的位置会偏离第二激光点；调节高低温箱的温度，在步骤3.3中的各温度检测点处从PSD传感器中获得PSD标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi，i＝1～n；

步骤3.6、根据步骤3.3和步骤3.5中得出的数据计算参数a、参数b、参数c和参数d的数值：

同理可得：

步骤3.3和步骤3.5中，在高低温箱的-40℃～60℃内设定温度检测点(国内高压开关筒体的工作温度一般在-40℃～60℃之间)，各温度检测点之间的间隔为1℃。

步骤3.3和步骤3.5中，调节高低温箱的温度时，使高低温箱的温度从低向高上升，升到每个温度检测点时，将温度保持两个小时，然后再进行数据的获取，以使被检测物体能够充分变形，保证测得的数据准确。

步骤3.3中，采用游标卡尺人工测量出第二激光点和测量标记点之间的横向距离和纵向距离，再根据测量标记点映射在第三平面直角坐标系上的点所处的象限，即可得出测量标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_ti和纵坐标y_ti。

步骤3.5中，从PSD传感器中获得PSD标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi的方法如下：

步骤4.1、在PSD传感器的接收面上建立一个移动的第四平面直角坐标系，该第四平面直角坐标系的原点在PSD标记点处；

步骤4.2、从PSD传感器上读出第二激光点在第四平面直角坐标系上的横坐标x”_p和纵坐标y”_p；

步骤4.3、获得PSD标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi：x_pi＝-x”_p，y_pi＝-y”_p。

本发明的有益效果：

1.本发明采用两个修正公式对PSD传感器测量的数据进行修正，得出的结果与被检测物体的实际变形最为接近，因此，本发明修正精度高，修正方法简单易算。

2.本发明的修正公式中的修正参数通过实际的测量得出，测量时采用高低温箱在一段温度范围内进行，保证了修正参数能够适应一个很宽泛的温度范围，提高了本发明的适应性和修正精度。

(四)、附图说明：

图1为采用PSD传感器检测物体变形的原理示意图；

图2为PSD传感器输出的被点亮二极管位置示意图；

图3为第一平面直角坐标系和第二平面直角坐标系的位置关系示意图；

图4为第三平面直角坐标系和第四平面直角坐标系的位置关系示意图。

(五)、具体实施方式：

参见图3～图4，PSD传感器测量数据的修正方法为：先将PSD传感器粘贴在被检测物体(如：高压开关筒体)表面，将激光发射器安装在固定位置上，使激光发射器发射出的激光垂直射在PSD传感器接收面的中部，此时，激光在PSD传感器的接收面上形成一个第一激光点(该第一激光点的位置是固定不变的)，接着进行以下操作，

步骤1、建立一个固定的第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)，该第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)所处的平面与PSD传感器的接收面平行，该第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)的原点称为第一原点O1，第一原点O1的位置与第一激光点的位置对应；

步骤2、将此时被检测物体表面上与第一原点O1的位置对应的点确定为被检测点，将此时PSD传感器的接收面上与第一原点O1的位置对应的点确定为PSD检测点，以后，随着被检测物体的变形，被检测点和PSD检测点的位置均发生变化；设被检测点C映射在第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)上的点的横坐标为x_t，纵坐标为y_t；设PSD检测点O1'映射在第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)上的点的横坐标为x_p，纵坐标为y_p；

步骤3、当被检测物体发生变形时，被检测点C映射在第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)上的点的横坐标x_t和纵坐标y_t的修正计算公式如下：

x_t＝ax_p+by_p

y_t＝cx_p+dy_p

其中，PSD检测点O1'映射在第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p通过PSD传感器获得，参数a、参数b、参数c和参数d均通过预先的测量得出，x_t和y_t的数值真实反映了被检测物体在被检测点处的变形量。

在使用PSD传感器检测物体的变形时，被检测物体在水平方向上的位移会导致PSD传感器受力运动，理想情况下，被检测物体和PSD传感器的位移相等，即参数a为1，参数b为0，但实际上，粘合剂、安装方式、PSD传感器力学性能等原因导致PSD传感器在水平和竖直方向上都会发生位移，从而导致检测结果和物体的实际变形有偏差；同理，在检测物体竖直方向上的位移时也会出现上面的问题；因此，需要对PSD传感器测得的数据进行修正。

PSD检测点O1'映射在第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p的获得方法如下：

步骤2.1、在PSD传感器的接收面上建立一个移动的第二平面直角坐标系(X1'-O1'-Y1')，该第二平面直角坐标系(X1'-O1'-Y1')的原点在PSD检测点O1'处；

步骤2.2、从PSD传感器上读出第一激光点(在第一原点O1处)在第二平面直角坐标系(X1'-O1'-Y1')上的横坐标x'_p和纵坐标y'_p；

步骤2.3、获得PSD检测点O1'映射在第一平面直角坐标系(X1-O1-Y1)上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p：x_p＝-x'_p，y_p＝-y'_p。

参数a、参数b、参数c和参数d的测量方法如下：

步骤3.1、将被检测物体和激光发射器放置在一个高低温箱中，激光发射器安装在固定位置上，激光发射器发射出的激光垂直射在被检测物体表面，并在被检测物体表面形成一个第二激光点(该第二激光点的位置是固定不变的)，在被检测物体表面且位于第二激光点处画一个测量标记点；

步骤3.2、建立一个固定的第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)，该第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)所处的平面与被检测物体表面平行，该第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)的原点称为第三原点O2，第三原点O2的位置与第二激光点的位置对应；

步骤3.3、当调节高低温箱的温度时，测量标记点的位置会偏离第二激光点；在高低温箱的一段温度范围内设定n个间隔相等的温度检测点，调节高低温箱的温度，在各温度检测点处测量并记录下测量标记点D映射在第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)上的点的横坐标x_ti和纵坐标y_ti，i＝1～n；

步骤3.4、将高低温箱的温度调回到步骤3.1所处的温度，此时，测量标记点D与第二激光点的位置重合；将PSD传感器粘贴在被检测物体表面，使第二激光点位于PSD传感器接收面的中部，将此时PSD传感器的接收面上位于第二激光点处的点作为PSD标记点；

步骤3.5、当调节高低温箱的温度时，PSD标记点的位置会偏离第二激光点；调节高低温箱的温度，在步骤3.3中的各温度检测点处从PSD传感器中获得PSD标记点O2'映射在第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi，i＝1～n；

步骤3.6、根据步骤3.3和步骤3.5中得出的数据计算参数a、参数b、参数c和参数d的数值：

同理可得：

步骤3.3和步骤3.5中，在高低温箱的-40℃～60℃内设定温度检测点(国内高压开关筒体的工作温度一般在-40℃～60℃之间)，各温度检测点之间的间隔为1℃，此时，n＝101。

步骤3.3和步骤3.5中，调节高低温箱的温度时，使高低温箱的温度从低向高上升，升到每个温度检测点时，将温度保持两个小时，然后再进行数据的获取，以使被检测物体能够充分变形，保证测得的数据准确。

步骤3.3中，采用游标卡尺人工测量出第二激光点(在第三原点O2处)和测量标记点D之间的横向距离和纵向距离，再根据测量标记点D映射在第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)上的点所处的象限，即可得出测量标记点D映射在第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)上的点的横坐标x_ti和纵坐标y_ti。

步骤3.5中，从PSD传感器中获得PSD标记点O2'映射在第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi的方法如下：

步骤4.1、在PSD传感器的接收面上建立一个移动的第四平面直角坐标系(X2'-O2'-Y2')，该第四平面直角坐标系(X2'-O2'-Y2')的原点在PSD标记点O2'处；

步骤4.2、从PSD传感器上读出第二激光点(在第三原点O2处)在第四平面直角坐标系(X2'-O2'-Y2')上的横坐标x”_p和纵坐标y”_p；

步骤4.3、获得PSD标记点O2'映射在第三平面直角坐标系(X2-O2-Y2)上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi：x_pi＝-x”_p，y_pi＝-y”_p。

Claims (6)

1.一种PSD传感器测量数据的修正方法，先将PSD传感器粘贴在被检测物体表面，将激光发射器安装在固定位置上，使激光发射器发射出的激光垂直射在PSD传感器接收面的中部，此时，激光在PSD传感器的接收面上形成一个第一激光点，其特征是：接着进行以下操作，

步骤1、建立一个固定的第一平面直角坐标系，该第一平面直角坐标系所处的平面与PSD传感器的接收面平行，该第一平面直角坐标系的原点称为第一原点，第一原点的位置与第一激光点的位置对应；

步骤2、将此时被检测物体表面上与第一原点的位置对应的点确定为被检测点，将此时PSD传感器的接收面上与第一原点的位置对应的点确定为PSD检测点，以后，随着被检测物体的变形，被检测点和PSD检测点的位置均发生变化；设被检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标为x_t，纵坐标为y_t；设PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标为x_p，纵坐标为y_p；

步骤3、当被检测物体发生变形时，被检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_t和纵坐标y_t的修正计算公式如下：

x_t＝ax_p+by_p

y_t＝cx_p+dy_p

其中，PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p通过PSD传感器获得，参数a、参数b、参数c和参数d均通过预先的测量得出；

参数a、参数b、参数c和参数d的测量方法如下：

步骤3.1、将被检测物体和激光发射器放置在一个高低温箱中，激光发射器安装在固定位置上，激光发射器发射出的激光垂直射在被检测物体表面，并在被检测物体表面形成一个第二激光点，在被检测物体表面且位于第二激光点处画一个测量标记点；

步骤3.2、建立一个固定的第三平面直角坐标系，该第三平面直角坐标系所处的平面与被检测物体表面平行，该第三平面直角坐标系的原点称为第三原点，第三原点的位置与第二激光点的位置对应；

步骤3.3、在高低温箱的一段温度范围内设定n个间隔相等的温度检测点，调节高低温箱的温度，在各温度检测点处测量并记录下测量标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_ti和纵坐标y_ti，i＝1～n；

步骤3.4、将高低温箱的温度调回到步骤3.1所处的温度，此时，测量标记点与第二激光点的位置重合；将PSD传感器粘贴在被检测物体表面，使第二激光点位于PSD传感器接收面的中部，将此时PSD传感器的接收面上位于第二激光点处的点作为PSD标记点；

步骤3.5、调节高低温箱的温度，在步骤3.3中的各温度检测点处从PSD传感器中获得PSD标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi，i＝1～n；

步骤3.6、根据步骤3.3和步骤3.5中得出的数据计算参数a、参数b、参数c和参数d的数值：

2.根据权利要求1所述的PSD传感器测量数据的修正方法，其特征是：所述PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p的获得方法如下：

步骤2.1、在PSD传感器的接收面上建立一个移动的第二平面直角坐标系，该第二平面直角坐标系的原点在PSD检测点处；

步骤2.2、从PSD传感器上读出第一激光点在第二平面直角坐标系上的横坐标x'_p和纵坐标y'_p；

步骤2.3、获得PSD检测点映射在第一平面直角坐标系上的点的横坐标x_p和纵坐标y_p：x_p＝-x'_p，y_p＝-y'_p。

3.根据权利要求1所述的PSD传感器测量数据的修正方法，其特征是：所述步骤3.3和步骤3.5中，在高低温箱的-40℃～60℃内设定温度检测点，各温度检测点之间的间隔为1℃。

4.根据权利要求1所述的PSD传感器测量数据的修正方法，其特征是：所述步骤3.3和步骤3.5中，调节高低温箱的温度时，使高低温箱的温度从低向高上升，升到每个温度检测点时，将温度保持两个小时，然后再进行数据的获取。

5.根据权利要求1所述的PSD传感器测量数据的修正方法，其特征是：所述步骤3.3中，采用游标卡尺人工测量出第二激光点和测量标记点之间的横向距离和纵向距离，再根据测量标记点映射在第三平面直角坐标系上的点所处的象限，即可得出测量标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_ti和纵坐标y_ti。

6.根据权利要求1所述的PSD传感器测量数据的修正方法，其特征是：所述步骤3.5中，从PSD传感器中获得PSD标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi的方法如下：

步骤4.1、在PSD传感器的接收面上建立一个移动的第四平面直角坐标系，该第四平面直角坐标系的原点在PSD标记点处；

步骤4.2、从PSD传感器上读出第二激光点在第四平面直角坐标系上的横坐标x”_p和纵坐标y”_p；

步骤4.3、获得PSD标记点映射在第三平面直角坐标系上的点的横坐标x_pi和纵坐标y_pi：x_pi＝-x”_p，y_pi＝-y”_p。