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PSD的激光平台测量仪的设计

导读: 本文针对传统的测量小角度、小位移的工具所存在的体积大、功耗大、成本高、操作复杂、测量精度难以保证等缺陷,设计了一种采用PSD作为主测量器件,ADS7825作为A/D转换器件,LPC2214作为核心控制器件的激光平台测量系统。

  本文针对传统的测量小角度、小位移的工具所存在的体积大、功耗大、成本高、操作复杂、测量精度难以保证等缺陷,设计了一种采用PSD作为主测量器件,ADS7825作为A/D转换器件,LPC2214作为核心控制器件的激光平台测量系统。经过严格的测试表明,该系统能够达到较高的测量精度,大幅度降低了成本,体积、功耗都比较小,同时操作简单。

  引言

  随着科学技术的进步,在工业和军事应用场合,对于角度、水平度的测量定位精度要求越来越高,传统的工具虽然也能得到较高的测量精度,但是其体积、功耗都比较大,成本过高,而位置敏感探测器PSD作为新型位置传感器,是一种基于半导体PN结横向光电效应、能够测量光斑在探测器表面连续的新型光学器件。它是一种连续型的模拟器件,具有以下优点:

  1)输出位置信号只与光斑的能量中心有关,对光斑的形状要求不高,理论上不存在非线性误差;

  2)表面完整,不存在无感应区,位置分辨率高,测量范围大,响应速度快;

  3)光谱响应宽,位置与光强同时测量,不受光斑约束,处理电路简单,可靠性高等优点。

  因此在角度和位置测量中具有很大的优势,同时成本低、实用性很强。

  结合工程项目,笔者设计了一种采用PSD作为敏感元件,ADS7825作为16位A/D转换器,LPC2214作为控制芯片的激光平台测量仪。在保证高精度测量的同时,又大大降低了成本。

  1系统设计

  1.1光学原理

  半导体激光器所发出的激光经过反射镜照射到物体反射面上,经过物体反射的光经过反射镜(反射镜是半透明的)进入望远镜,经过放大倍数为20倍的望远镜后,照射到二维PSD上。如图1所示。若在PSD上的光斑偏移量为d,物体倾斜角为α(单位为rad)望远镜与PSD的距离为L。则它与反射镜的角位移有如下关系:

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