CN114136229A - 一种一维psd传感器量程拼接的设计方法 - Google Patents

一种一维psd传感器量程拼接的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，涉及传感器信号处理技术领域，包括一维PSD传感器、I/V转换电路、电压放大电路、A/D转换电路和CPU处理电路等，所述一维PSD传感器用于接收测量激光光斑；所述I/V转换电路与所述一维PSD传感器相连；所述电压放大电路与所述I/V转换电路相连；所述A/D转换电路与所述电压放大电路相连；所述CPU处理电路与所述电压放大电路相连。本发明实现了通过对一维PSD传感器量程的拼接，拓展一维PSD传感器的实际使用量程。

Description

一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法
技术领域
本发明涉及传感器信号处理技术领域，尤其涉及一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法。
背景技术
PSD(位置敏感元器件)作为成熟的光电敏感器件，已被广泛的应用到各领域的测试和测量设备，当前主流的一维PSD传感器产品量程约6mm～30mm，由于生产工艺等原因，无法兼顾高精度和大量程的性能指标。受一维PSD传感器量程的制约，面向大量程的应用场景适用能力不足，为此研究一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，实现一维PSD量程的扩展就非常有意义。
申请号为CN201810664429.9的专利公开了一种适用于卫星结构在轨变形测量的一维PSD传感器组件，本发明包括壳体以及设置在所述壳体内的PSD信号处理板,所述PSD信号处理板上设有PSD信号处理电路,所述PSD信号处理电路包括一维PSD芯片、电流采样电路、电压放大电路、输出保护电路、精密电源电路、加热电路和测温电路,所述一维PSD芯片用于感应入射激光光点位置；所述电流采样电路、精密电源电路与所述一维PSD芯片相连；所述电压放大电路与所述电流采样电路和输出保护电路相连,所述加热电路与外部供电连接；所述测温电路与外部温度采集单机连接。可用于实现卫星结构在轨变形的非接触式测量；具备自身温度测量功能、低温环境自主热控功能。
以上专利仅涉及单个一维PSD传感器的应用，不涉及一维PSD传感器量程的拼接方法。
发明内容
本发明提供一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，解决了一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，达到基于现有产品按需扩展量程的效果的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，包括一维PSD传感器、I/V转换电路、电压放大电路、A/D转换电路和CPU处理电路；
所述维PSD传感器用于接收测量激光光斑；所述I/V转换电路与所述一维PSD传感器相连，所述电压放大电路与所述I/V转换电路相连，所述A/D转换电路与所述电压放大电路相连，所述CPU处理电路与所述电压放大电路相连。
优选的，所述一维PSD传感器设置有至少两个，至少包括一维PSD传感器A、一维PSD传感器B。
优选的，所述I/V转换电路设置为4路，包括I/V转换电路1、I/V转换电路2、I/V转换电路3、I/V转换电路4；
所述I/V转换电路1与所述一维PSD传感器A的A1输出端相连；
所述I/V转换电路2与所述一维PSD传感器A的A2输出端相连；
所述I/V转换电路3与所述一维PSD传感器B的B1输出端相连；
所述I/V转换电路4与所述一维PSD传感器B的B2输出端相连。
优选的，所述电压放大电路设置为4路，包括电压放大电路1、电压放大电路2、电压放大电路3、电压放大电路4；
所述电压放大电路1与所述I/V转换电路1相连；
所述电压放大电路2与所述I/V转换电路2相连；
所述电压放大电路3与所述I/V转换电路3相连；
所述电压放大电路4与所述I/V转换电路4相连。
优选的，所述A/D转换电路设置为4路，包括A/D转换电路1、A/D转换电路2、A/D转换电路3、A/D转换电路4；
所述A/D转换电路1与所述电压放大电路1相连；
所述A/D转换电路2与所述电压放大电路2相连；
所述A/D转换电路3与所述电压放大电路3相连；
所述A/D转换电路4与所述电压放大电路4相连。。
优选的，一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，包括如下步骤：
S1：拼接使用前，设定各一维PSD传感器是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值；
S2：拼接使用前，标定一维PSD传感器量程拼接后的等效零位；
S3：拼接使用时，采集一维PSD传感器输出电压，根据电压幅值，判断测量激光光斑的落点区间；
S4：计算测量激光光斑在拼接前的一维PSD传感器感光面上的位置值；
S5：据S2确定的等效零位、S3确定的落点区间、S4计算的光斑位置，计算量程拼接后光斑在等效一维PSD传感器上的位置值。
优选的，所述步骤1的判断电压阈值设定方法为：
1)测量一维PSD传感器A在不接收测量激光光斑时的输出电压和UA背景＝UA1+UA2，在接收激光光斑时的输出电压和UA测量＝UA1+UA2，则一维PSD传感器A是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值设定为UA阈值＝(UA背景+UA测量)/2；
2)测量一维PSD传感器B在不接收测量激光光斑时的输出电压和UB背景＝UB1+UB2，在接收激光光斑时的输出电压和UB测量＝UB1+UB2，一维PSD传感器B是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值设定为UB阈值＝(UB背景+UB测量)/2。
优选的，所述S2包括如下步骤：
S201：将测量激光光斑照射在两个一维PSD传感器的光敏面交叠区域的中间位置上；
S202：采集一维PSD传感器A的输出电压UA1、UA2，采集一维PSD传感器B的输出电压UB1、UB2；
S203：计算测量激光光斑在一维PSD传感器A的位置XA-ref＝LA*(UA1-UA2)/(UA1+UA2)；计算测量激光光斑在一维PSD传感器B的位置XB-ref＝LA*(UB1-UB2)/(UB1+UB2)；
S204：在CUP处理软件中设置等效零位Xref，标记一维PSD传感器A的XA-ref位置、一维PSD传感器B的XB-ref位置为等效一维PSD传感器的等效零位。
优选的，所述S3包括如下步骤：
S301：测量时，计算一维PSD传感器A的输出电压和UA测量＝UA1+UA2，计算一维PSD传感器B的输出电压和UB测量＝UB1+UB2；
步骤S302：查表确定测量激光光斑的落点区间。
进一步，所述S5的测量激光光斑在量程拼接后的等效一维PSD传感器上的位置计算方法为：
1)判断测量激光光斑落在一维PSD传感器A光敏面时，光斑在等效一维PSD传感器上的位置为：X拼接＝XA--XA-ref；
2)判断测量激光光斑落在一维PSD传感器B光敏面时，光斑在等效一维PSD传感器上的位置为：X拼接＝XB--XB-ref；。
3)拼接后的等效一维PSD传感器的等效量程可扩展至(LB-XB-re)～(LA-XA-ref)。
与相关技术相比较，本发明提供的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法具有如下有益效果：
本发明提供，通过本发明提供的设计方法，可实现了通过对一维PSD传感器量程的拼接，拓展一维PSD传感器的实际使用量程。
附图说明
图1为本发明一维PSD传感器量程拼接原理图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中，由图1给出，包括两片一维PSD传感器、4路I/V转换电路、4路电压放大电路、4路A/D转换电路和1路CPU处理电路等。每片一维PSD传感器输出两路弱电流信号，共4路信号，每路信号分别经过I/V转换电路、电压放大电路和A/D转换电路，由CPU处理电路负责采集各路处理后的信号，并进行计算。
一维PSD传感器量程拼接的设计方法，包括如下步骤：
S1：拼接使用前，设定各一维PSD传感器量是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值(测量环境和条件不变时，仅需一次即可)；
S2：拼接使用前，标定一维PSD传感器量程拼接后的等效零位(仅需一次即可)；
S3：拼接使用时，采集一维PSD传感器输出电压，根据电压幅值，判断测量激光光斑落在哪个一维PSD传感器的感光面上；
步骤4：计算量程拼接前一维PSD传感器检测的光斑位置(一维PSD传感器A的位置计算公式：XA＝LA*(UA1-UA2)/(UA1+UA2)，一维PSD传感器B的位置计算公式：XB＝LA*(UB1-UB2)/(UB1+UB2)，拼接前一维PSD传感器A的量程为-LA～+LA,拼接前一维PSD传感器B的量程为-LB～+LB)；
S5：根据S2确定的等效零位、S3确定的落点区间、S4计算的光斑位置，计算光斑在量程拼接后的等效一维PSD传感器上的位置。
S1的判断电压阈值设定方法为：
1)测量一维PSD传感器A在不接收测量激光光斑时的输出电压和UA背景＝UA1+UA2，在接收激光光斑时的输出电压和UA测量＝UA1+UA2，一维PSD传感器A是否接受到测量激光光斑的判断电压阈值设定为UA阈值＝(UA背景+UA测量)/2；
2)测量一维PSD传感器B在不接收测量激光光斑时的输出电压和UB背景＝UB1+UB2，在接收激光光斑时的输出电压和UB测量＝UB1+UB2，一维PSD传感器B是否接受到测量激光光斑的判断电压阈值设定为UB阈值＝(UB背景+UB测量)/2；
S2包括如下步骤：
S201：将测量用激光的光斑照射在两个一维PSD传感器的光敏面交叠区域的中间位置上；
S202：采集一维PSD传感器A的输出电压UA1、UA2，采集一维PSD传感器B的输出电压UB1、UB2；
S203：计算光斑在一维PSD传感器A的位置XA-ref＝LA*(UA1-UA2)/(UA1+UA2)；计算光斑在一维PSD传感器B的位置XB-ref＝LA*(UB1-UB2)/(UB1+UB2)；
S204：在CUP处理软件中设置等效零位Xref，标记一维PSD传感器A的XA-ref位置、一维PSD传感器B的XB-ref位置为等效一维PSD传感器的等效零位。
S3包括如下步骤：
S301：测量时，计算在一维PSD传感器A的输出电压和UA测量＝UA1+UA2，计算在一维PSD传感器B的输出电压和UB测量＝UB1+UB2；
S302：查表确定测量激光光斑的落点区间。
Figure BDA0003387099920000051
Figure BDA0003387099920000061
S5的光斑在量程拼接后的等效一维PSD传感器上的位置计算方法为：
1)测量激光光斑落在一维PSD传感器A光敏面时，光斑在等效一维PSD传感器上的位置为：X拼接＝XA--XA-ref；
2)测量激光光斑落在一维PSD传感器B光敏面时，光斑在等效一维PSD传感器上的位置为：X拼接＝XB--XB-ref；。
3)拼接后的等效一维PSD传感器的等效量程可扩展至(LB-XB-re)～(LA-XA-ref)。
以上对本发明的具体实施例进行了描述，该方法可以同原理扩展至更多片一维PSD传感器组件的量程拼接。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，包括：一维PSD传感器、I/V转换电路、电压放大电路、A/D转换电路和CPU处理电路；
所述维PSD传感器用于接收测量激光光斑；所述I/V转换电路与所述一维PSD传感器相连，所述电压放大电路与所述I/V转换电路相连，所述A/D转换电路与所述电压放大电路相连，所述CPU处理电路与所述电压放大电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述一维PSD传感器设置有至少两个，至少包括一维PSD传感器A、一维PSD传感器B。
3.根据权利要求1所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述I/V转换电路设置为4路，包括I/V转换电路1、I/V转换电路2、I/V转换电路3、I/V转换电路4；
所述I/V转换电路1与所述一维PSD传感器A的A1输出端相连；
所述I/V转换电路2与所述一维PSD传感器A的A2输出端相连；
所述I/V转换电路3与所述一维PSD传感器B的B1输出端相连；
所述I/V转换电路4与所述一维PSD传感器B的B2输出端相连。
4.根据权利要求1所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述电压放大电路设置为4路，包括电压放大电路1、电压放大电路2、电压放大电路3、电压放大电路4；
所述电压放大电路1与所述I/V转换电路1相连；
所述电压放大电路2与所述I/V转换电路2相连；
所述电压放大电路3与所述I/V转换电路3相连；
所述电压放大电路4与所述I/V转换电路4相连。
5.根据权利要求1所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述A/D转换电路设置为4路，包括A/D转换电路1、A/D转换电路2、A/D转换电路3、A/D转换电路4；
所述A/D转换电路1与所述电压放大电路1相连；
所述A/D转换电路2与所述电压放大电路2相连；
所述A/D转换电路3与所述电压放大电路3相连；
所述A/D转换电路4与所述电压放大电路4相连。
6.根据权利要求1所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：拼接使用前，设定各一维PSD传感器是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值；
S2：拼接使用前，标定一维PSD传感器量程拼接后的等效零位；
S3：拼接使用时，采集一维PSD传感器输出电压，根据电压幅值，判断测量激光光斑的落点区间；
S4：计算测量激光光斑在拼接前的一维PSD传感器感光面上的位置值；
S5：据S2确定的等效零位、S3确定的落点区间、S4计算的光斑位置，计算量程拼接后光斑在等效一维PSD传感器上的位置值。
7.根据权利要求6所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述步骤1的判断电压阈值设定方法为：
1)测量一维PSD传感器A在不接收测量激光光斑时的输出电压和UA背景＝UA1+UA2，在接收激光光斑时的输出电压和UA测量＝UA1+UA2，则一维PSD传感器A是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值设定为UA阈值＝(UA背景+UA测量)/2；
2)测量一维PSD传感器B在不接收测量激光光斑时的输出电压和UB背景＝UB1+UB2，在接收激光光斑时的输出电压和UB测量＝UB1+UB2，一维PSD传感器B是否接收到测量激光光斑的判断电压阈值设定为UB阈值＝(UB背景+UB测量)/2。
8.根据权利要求6所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述S2包括如下步骤：
S201：将测量激光光斑照射在两个一维PSD传感器的光敏面交叠区域的中间位置上；
S202：采集一维PSD传感器A的输出电压UA1、UA2，采集一维PSD传感器B的输出电压UB1、UB2；
S203：计算测量激光光斑在一维PSD传感器A的位置XA-ref＝LA*(UA1-UA2)/(UA1+UA2)；计算测量激光光斑在一维PSD传感器B的位置XB-ref＝LA*(UB1-UB2)/(UB1+UB2)；
S204：在CUP处理软件中设置等效零位Xref，标记一维PSD传感器A的XA-ref位置、一维PSD传感器B的XB-ref位置为等效一维PSD传感器的等效零位。
9.根据权利要求6所述的一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述S3包括如下步骤：
S301：测量时，计算一维PSD传感器A的输出电压和UA测量＝UA1+UA2，计算一维PSD传感器B的输出电压和UB测量＝UB1+UB2；
步骤S302：查表确定测量激光光斑的落点区间。
10.根据权利要求6所述的一种一维PSD传感器量程拼接的设计方法，其特征在于，所述S5的测量激光光斑在量程拼接后的等效一维PSD传感器上的位置计算方法为：
1)判断测量激光光斑落在一维PSD传感器A光敏面时，光斑在等效一维PSD传感器上的位置为：X拼接＝XA--XA-ref；
2)判断测量激光光斑落在一维PSD传感器B光敏面时，光斑在等效一维PSD传感器上的位置为：X拼接＝XB--XB-ref；。
3)拼接后的等效一维PSD传感器的等效量程可扩展至(LB-XB-re)～(LA-XA-ref)。
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GR01 Patent grant
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