[发明专利]一种基于位置敏感探测器的位移测量装置及其运用方法

说明书

技术领域

本发明涉及位移测量装置及运用，尤其涉及基于位置敏感探测器的位移测量装置及其运用。

背景技术

位置敏感探测器（Position Sensitive Detector，简称PSD）是一种对入射光斑重心位置敏感的半导体光电器件，它具有位置分辨率高、响应速度快、光谱响应范围宽、可靠性高，处理电路相对简单等优点，在位置、位移、距离、角度及其相关量的检测中获得越来越广泛的运用。基于位置敏感探测器的位移测量装置由四部分组成，它们是PSD、半导体激光源、电子处理单元和固定PSD与半导体激光源的相对位置的支架。其中， PSD有一维和二维之分。一维PSD有两个输出电极，可以测量半导体激光源的入射光斑在一个方向（通常称X方向）上的位置和/或位移，二维PSD可以看作是两个一维PSD的合成，可以确定多光束的所述入射光斑在PSD光敏面上（通常称X，Y方向上）的位置和/或位移。电子处理单元是为得出测距结果，而包括有信号预处理模块和后继信号处理模块的涉及信号处理方式的单元。在现有的信号处理方式中，信号预处理模块均是对所述入射光斑的模拟信号进行处理，而对于后继信号处理模块而言，又包括模拟信号处理和数字信号处理两种方式，这两种信号处理方式中所包含的计算方法，均是幅值法。现以二维PSD中的双面分流型PSD为例，简单介绍一下幅值法。

设PSD光敏面面积为                                                ，输出电流为I1、I2、I3、I4，幅值法是利用入射光斑在X、Y方向上的位移与电流之间的关系来确定光斑位置坐标的，用以下公式来表示：

从上述式子可以看出，由于幅值法是对输出信号幅值进行处理，其对噪声信号十分敏感，因此，它存在对背景光感应敏感、抗干扰能力差、以及对光源要求高等不足。既然在数字信号处理的方法中，其计算方法采用幅值法带来如此之多的不足，为什么又不去采用其他计算方法呢？原因是现有的基于位置敏感探测器的位移测量装置只适用于幅值法。

发明内容

本发明的第一目的是，提供一种在其后继信号处理模块所用的数字信号处理中，其计算方法能够不用幅值法，进而能克服现有技术之不足的基于位置敏感探测器的位移测量装置。

本发明的第二目的是，提供一种采用实现第一发明目的之基于位置敏感探测器的位移测量装置，进而对背景光感应不敏感、抗干扰能力较强，能降低光源要求的运用方法。

为了实现所述第一发明目的，提供这样一种基于位置敏感探测器的位移测量装置，它与现有技术相同的方面是，该位移测量装置包括二维PSD，其入射光斑照射到该二维PSD光敏面上的半导体激光源，采集二维PSD的电流信号并进行预处理的信号预处理模块，进一步对预处理后的信号进行处理的数字信号处理模块。其改进之处是，所述信号预处理模块包括，实现电流信号到电压信号转换和初级放大的I/V转换模块，与该I/V转换模块连接且输出电压信号值为0～3V的次级放大模块和低通滤波模块；所述数字信号处理模块包括，A/D转换模块和DSP核心模块，其中，A/D转换模块包括均有8路输入的两个并联的多路模拟开关，分别与这两个多路模拟开关连接的两个采样保持器，与这两个采样保持器连接的采样保持器多路选择开关和与采样保持器多路选择开关连接的A/D转换器。

为了实现所述第二发明目的，提供一种基于位置敏感探测器的位移测量装置的运用方法，该运用方法所采用的位移测量装置是实现第一发明目的之方案的基于位置敏感探测器的位移测量装置；该运用方法的步骤如下：

（1）根据需要，经过不同频率调制出所述半导体激光源的多束正弦信号驱动光源，并让其照射在所述二维PSD光敏面上得到对应数量的入射光斑；

（2）通过所述信号预处理模块中的I/V转换模块，采集由各个入射光斑在所述二维PSD中的转换电流所叠加而成的四路输出电流，这四路输出电流分别是该二维PSD的X方向上2个电极的输出电流、Y方向上2个电极的输出电流；并通过该I/V转换模块实现所述输出电流到电压信号的转换和初级放大；然后，依次通过所述信号预处理模块中的次级放大模块和低通滤波模块，输出其值为0～3V的对应所述X方向的电压信号和对应所述Y方向的电压信号；