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基于双PSD的三维测角传感器精度分析
1
作者 赵文赫 白杨杨 +1 位作者 王劲凯 张立中 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期98-108,共11页
在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中,对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台,需要考虑非接触三轴角度测量方法,目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂,占用空间大,无法适用于如机载、星载等... 在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中,对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台,需要考虑非接触三轴角度测量方法,目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂,占用空间大,无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此,文中提出了基于双位置敏感探测器(PSD)的非接触三轴角度测量方案,使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射,将光源在两片PSD上汇聚成像,利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成,分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差,提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理,分析了滤波器的相频响应特性,并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽,验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g,尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明,34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%,在±2°测量范围内单轴测量时,方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°,组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°,文中所提出的三维测角传感器精度较高,满足机载等场景的使用要求。 展开更多
关键词 三轴姿态角度测量 非接触测量 位置敏感探测器 滤波带宽 响应频率
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基于PSD的六自由度位移测量解耦方法研究
2
作者 付文江 卢增雄 +3 位作者 吴晓斌 黄宇峰 高斌 陈学同 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期105-116,共12页
基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位... 基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位移台亚微米及微弧度位移测量精度的关键。根据PSD与6DOF精密位移台上角锥棱镜之间的位置关系,构建了6DOF位移测量方案,建立了6DOF位移台位移与PSD上光斑位移之间的精确对应关系模型,采用数值计算法对该模型进行解耦求解,并与小角度近似法进行了对比分析。结果表明,当6DOF位移台单自由度位移范围为±10 mm和±10 mrad时,数值计算法引入的解算误差最大值为10^(-17)mm和10^(-15)~10^(-16)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差最大值为5.39μm和35.5μrad;在此基础上,采用蒙特卡洛法以随机均匀分布方式产生10000组六自由度位移进行分析,表明数值计算法引入的解算误差平均值为10^(-17)mm和10^(-17)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差平均值为10^(-3)~10^(-6)mm和10^(-5)mrad量级,其中z方向解算误差达到4.4μm,R_(x)和R_(y)方向解算误差达到28μrad,故小角度近似法无法满足上述位移测量精度要求。所提出的基于数值计算法的解耦方法对实现6DOF位移台的高精度位移测量具有重要意义。 展开更多
关键词 六自由度位移测量 位置敏感探测器 理论建模 数值计算法 小角度近似法
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PSD在激光位移检测系统中的应用研究 被引量：25
3
作者 段洁 孙向阳 +2 位作者 蔡敬海 周娜 肖作江 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第z1期549-552,共4页
PSD(Position Sensitive Detector)是一种新型位置敏感探测器件,具有响应时间短、位置分辨率高、光谱响应范围大等优点。首先介绍了PSD器件的工作机理,阐述了基于光三角原理的激光位移检测系统的工作原理,给出PSD应用于激光位移检测系... PSD(Position Sensitive Detector)是一种新型位置敏感探测器件,具有响应时间短、位置分辨率高、光谱响应范围大等优点。首先介绍了PSD器件的工作机理,阐述了基于光三角原理的激光位移检测系统的工作原理,给出PSD应用于激光位移检测系统的总体结构框图,并且针对PSD的电流信号与被测位移量之间的非线性关系,提出了有效的非线性修正电路。最后通过对影响系统测量精度的因素进行详细分析,从中看出PSD可应用于高精度的激光位移检测系统中,并且具有高速度、高精度、非接触和在线检测等优点。 展开更多
关键词 光学三角原理 psd 非接触测量
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PSD光学敏感器系统测量目标位置和距离 被引量：8
4
作者 蔡喜平 赵远 +2 位作者 孙东松 乔立杰 戴永江 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期211-214,共4页
在ＰＳＤ光学敏感器系统用于空间飞行器交会对接中，进行了测量目标相对位置、距离和角度的理论与实验研究，测距精度为０．０２ｍ，方位角与俯仰角的测量精度分别为０．１７６°和０．
关键词 位置敏感探测器 光电测量 对接 空间飞行器
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基于PSD的微位移传感器 被引量：14
5
作者 梁凤超 续志军 +1 位作者 胡君 邹振书 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第3期59-61,共3页
微弱电流的放大与处理是基于位置敏感探测器(PSD)的微位移传感器的关键技术。分析了电流—电压转换原理,指出转换误差主要来源于偏置电流及失调电压。应用屏蔽、Guard、避免自激等技术设计了前放电路,实现了微弱电流信号的提取。传感器... 微弱电流的放大与处理是基于位置敏感探测器(PSD)的微位移传感器的关键技术。分析了电流—电压转换原理,指出转换误差主要来源于偏置电流及失调电压。应用屏蔽、Guard、避免自激等技术设计了前放电路,实现了微弱电流信号的提取。传感器工作距离为10 mm,测量范围为±0.5 mm,采用精度为±0.5μm的装置驱动钢板进行微位移测量,实验数据表明:传感器分辨力为±0.5μm,检测精度为±2%。 展开更多
关键词 位置敏感探测器 激光三角法 运算放大器 微弱信号
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基于PSD的激光跟踪坐标测量系统 被引量：15
6
作者 张亚娟 裘祖荣 +1 位作者 李杏华 陈新华 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第7期116-119,共4页
建立了基于位置敏感探测器(PSD)的激光跟踪坐标测量系统,分析了单路球坐标激光跟踪测量系统的结构与跟踪系统对PSD信号处理电路的要求,搭建了快速、准确的PSD信号处理电路;找出了PSD上的位置反馈信息与被跟踪目标位移的对应关系。针对... 建立了基于位置敏感探测器(PSD)的激光跟踪坐标测量系统,分析了单路球坐标激光跟踪测量系统的结构与跟踪系统对PSD信号处理电路的要求,搭建了快速、准确的PSD信号处理电路;找出了PSD上的位置反馈信息与被跟踪目标位移的对应关系。针对光路调节方法和光路误差对测量误差的影响,分析了光路对跟踪控制的影响。实验证明:所建立的跟踪控制系统可实现对目标的快速、准确跟踪。对建立单路激光跟踪坐标测量系统并实现快速跟踪功能具有很大的参考价值。 展开更多
关键词 激光跟踪 控制模型 位置敏感探测器 信号处理 光路调节
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遗传算法和神经网络结合的PSD非线性校正 被引量：44
7
作者 刘春 马颖 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2015年第8期1157-1163,共7页
针对光电位置传感器(PSD)检测系统在大坝变形观测中所呈现的非线性问题,建立改进的遗传算法和LM-BP神经网络结合的模型,对PSD的非线性进行补偿?该方法先用遗传算法对LM-BP网络的权阈值进行优化后再用LM-BP网络逼近任意非线性函数的特点... 针对光电位置传感器(PSD)检测系统在大坝变形观测中所呈现的非线性问题,建立改进的遗传算法和LM-BP神经网络结合的模型,对PSD的非线性进行补偿?该方法先用遗传算法对LM-BP网络的权阈值进行优化后再用LM-BP网络逼近任意非线性函数的特点对实际位置数据与理想值进行拟合后并进行测试,经过多次任意产生的种群优化后选择较为优秀个体作为神经网络的和阈值,并对任意位置进行校正,仿真结果表明,该方法克服了LM-BP网络对初始权阈值的依赖和泛化能力弱的特点,多次实验平均误差都小于1%,其泛化能力优于标准的遗传算法和神经网络结合的模型。 展开更多
关键词 光电位置传感器 非线性 遗传算法 神经网络
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基于PSD的长管弯曲度测量系统设计 被引量：8
8
作者 王强龙 潘宏侠 +1 位作者 任海峰 郭钢祥 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第1期108-111,共4页
针对高线性度要求的长管的微小变形带来的问题,设计了位置敏感探测器(PSD)测量长管弯曲度的系统,分析了二维PSD在弯曲度测量系统的结构与工作原理,以及弯曲度的计算原理。系统采用单片机STC89C58处理PSD输出信号并显示测量结果,得出PSD... 针对高线性度要求的长管的微小变形带来的问题,设计了位置敏感探测器(PSD)测量长管弯曲度的系统,分析了二维PSD在弯曲度测量系统的结构与工作原理,以及弯曲度的计算原理。系统采用单片机STC89C58处理PSD输出信号并显示测量结果,得出PSD的光点坐标位置与输出电压的对应关系,实现单片机与上位机的通信,对测量数据的分析、处理以及整个系统的控制,同时分析了检测误差和电路误差对弯曲度测量的影响。实验测试结果表明:所建立的测量系统能够实现实时测量和远程控制,具有快速响应、运行稳定、测试数据可靠等优点。 展开更多
关键词 位置敏感探测器 弯曲度 单片机 实时测量 远程控制
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基于PSD的地下管线探测装置设计与分析 被引量：9
9
作者 沈林勇 李亚旻 +1 位作者 章亚男 钱晋武 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1429-1435,共7页
将位置敏感器件（PSD）和其它元器件相组合，组成了介入式测量装置。通过使测量装置沿管道行进，获得管道内若干个测量点的方位，进而拟合得到地下管线的方位。该探测装置不受地下管线埋藏深度、密集程度和周围环境的影响，适用于内径... 将位置敏感器件（PSD）和其它元器件相组合，组成了介入式测量装置。通过使测量装置沿管道行进，获得管道内若干个测量点的方位，进而拟合得到地下管线的方位。该探测装置不受地下管线埋藏深度、密集程度和周围环境的影响，适用于内径为80～130mm、弯曲半径为50～1000m的管线。通过探测摆角的实例，得出实际测量值在水平方向上的测量误差为7．45％，竖直方向上的测量误差为1．07％。 展开更多
关键词 位置敏感器件 非开挖 地下管线 介入式测量
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基于PSD的长跨度孔系同轴度误差测量系统 被引量：10
10
作者 余厚云 赵转萍 陆永华 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第2期70-73,共4页
以激光作为准直基准,研制了基于位置敏感探测器(PSD)的长跨度孔系同轴度误差测量系统。多功能测头在孔系内通过自定心机构确定各被测截面,测头前端的PSD检测激光光斑位置以确定各孔截面中心坐标,并进而评定出孔系同轴度误差。推导出激... 以激光作为准直基准,研制了基于位置敏感探测器(PSD)的长跨度孔系同轴度误差测量系统。多功能测头在孔系内通过自定心机构确定各被测截面,测头前端的PSD检测激光光斑位置以确定各孔截面中心坐标,并进而评定出孔系同轴度误差。推导出激光自准直数学模型,根据该模型由四自由度工作台调整激光器位置,实现了激光自准直。使用本测量系统完成了激光自准直实验和孔系同轴度误差测量实验。实验结果表明:经准直后激光束与工件两端孔中心连线之间的偏差在±0.032 mm以内,与三坐标测量机相比,本系统同轴度误差测量的相对误差为8%,具备了较高的准直精度和同轴度误差测量精度。 展开更多
关键词 长跨度孔系 同轴度误差 位置敏感探测器 激光自准直 激光光斑位置检测
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PSD器件自动化标定与非线性修正技术研究 被引量：10
11
作者 李忠科 秦永元 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期370-372,416,共4页
介绍了一种应用数控平台对二维位敏探测器 (positionsensitivedetector ,PSD)器件进行在线测量并用人工神经网对其非线性进行修正的方法。对光斑在二维PSD光敏面上的横向位移 ,以光斑的二维坐标集合为人工神经网的期望输出 ,以PSD输出... 介绍了一种应用数控平台对二维位敏探测器 (positionsensitivedetector ,PSD)器件进行在线测量并用人工神经网对其非线性进行修正的方法。对光斑在二维PSD光敏面上的横向位移 ,以光斑的二维坐标集合为人工神经网的期望输出 ,以PSD输出的二维坐标集合为人工神经网的训练样本 ,对人工神经网络进行训练。利用人工神经网络所具有的非线性映射能力 ,在训练结束后即可建立PSD输入与输出的近似线性关系。结果表明 。 展开更多
关键词 二维位敏探测器 人工神经网络 非线性修正 激光
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PSD的光电响应特征及其在杨氏模量测量中的应用 被引量：3
12
作者 崔青义 王亚伟 +2 位作者 洪云 卜敏 刘莹 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第6期51-53,57,共4页
针对目前大学教学中较为广泛应用的材料杨氏弹性模量测量方法和测量结果准确性方面存在的问题,对位置敏感探测器(PSD)的光电响应特性进行了系统的分析与研究,并利用此响应特征,基于杨氏弹性模量静态测量方法与原理,设计了两次复式光放... 针对目前大学教学中较为广泛应用的材料杨氏弹性模量测量方法和测量结果准确性方面存在的问题,对位置敏感探测器(PSD)的光电响应特性进行了系统的分析与研究,并利用此响应特征,基于杨氏弹性模量静态测量方法与原理,设计了两次复式光放大的新型传感方式,应用PSD作为微量位移测量的传感器,在小空间内实现了微测量放大的作用,使杨氏弹性模量测量结果的精度提高了1个数量级。 展开更多
关键词 位置敏感探测器 测量 杨氏弹性模量
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PSD激光测微仪的研制与精度分析 被引量：8
13
作者 金泰义 李胜利 +1 位作者 徐育 郦明 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 1992年第3期348-353,共6页
介绍PSD激光测微仪的结构及特点。根据输入输出参数方程及误差测量结果进行数据处理和误差分离,确定了仪器的系统误差和随机误差。这一工作为系统误差补偿和提高仪器测量精度提供了依据。
关键词 在线检测 精度分析 激光测微仪 psd
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基于PSD的导轨直线度测量 被引量：8
14
作者 刘兆栋 韩志刚 +1 位作者 于丽娜 陈磊 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S2期65-69,共5页
设计了2种检测系统测量直线导轨的直线度.检测系统1利用随导轨运动的平面镜二维转角表征导轨的俯仰角和偏摆角的误差,这些角度误差通过光学系统在PSD上以位移的形式被记录下来,分析计算位移与角度的关系可得俯仰角和偏摆角.检测系统2利... 设计了2种检测系统测量直线导轨的直线度.检测系统1利用随导轨运动的平面镜二维转角表征导轨的俯仰角和偏摆角的误差,这些角度误差通过光学系统在PSD上以位移的形式被记录下来,分析计算位移与角度的关系可得俯仰角和偏摆角.检测系统2利用随导轨运动的棱镜系统将俯仰角和滚转角的误差以位移的形式记录在PSD上,通过去除检测系统1测得的俯仰角的影响可求得滚转角.实验测量了500mm长导轨俯仰角、偏摆角和滚转角的最大偏差分别为3.22,′1.16′和5.88.′分析了实验系统误差对于测试结果的影响,结果表明,测试精度可达0.2.″ 展开更多
关键词 光学测量 导轨 直线度 psd
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基于PSD的轴系对中测试系统非线性校正方法研究 被引量：4
15
作者 李博 高艺 +1 位作者 曹国华 柳常清 《机电工程》 CAS 2013年第3期300-302,310,共4页
针对轴系对中测试系统的核心器件—位置敏感探测器(PSD)存在较大非线性误差、PSD输出坐标不能正确反映入射光点实际位置的问题,为提高对中的测试精度,设计了基于PI微位移平台的在线校定装置,提出了基于BP神经网络的非线性校正算法,进行... 针对轴系对中测试系统的核心器件—位置敏感探测器(PSD)存在较大非线性误差、PSD输出坐标不能正确反映入射光点实际位置的问题,为提高对中的测试精度,设计了基于PI微位移平台的在线校定装置,提出了基于BP神经网络的非线性校正算法,进行了数据采集和非线性校正实验,并对采集数据和校正后数据分别进行了Matlab仿真分析。研究结果表明,基于BP神经网络的算法实用高效,采用该算法校正后的PSD线性度误差均低于3.9μm,极大地减少了非线性的影响,使得B区的线性度和数据置信度得到了大幅改善,在不增加成本和设备复杂度的前提下,有效提高了整个对中系统的精度。 展开更多
关键词 二维位置敏感探测器 非线性校正 人工神经网络 微位移平台
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精密PSD微位移在线测量系统 被引量：13
16
作者 宋殿友 刘铁根 +1 位作者 丁小昆 李志宏 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期168-173,共6页
为了满足工业现场微位移测量的精密性实时性和可靠性要求,设计并制作了位置敏感器件(PSD)激光微位移测量系统.系统将调制带通滤波峰值检测等信号处理技术运用于激光三角法中,并利用PSD信号单通道处理方式,提高了系统的抗干扰能力.同时,... 为了满足工业现场微位移测量的精密性实时性和可靠性要求,设计并制作了位置敏感器件(PSD)激光微位移测量系统.系统将调制带通滤波峰值检测等信号处理技术运用于激光三角法中,并利用PSD信号单通道处理方式,提高了系统的抗干扰能力.同时,系统采用自适应控制方法改变激光的调制频率,从而调整电信号的增益系数以适应各种测量对象.实验表明,在没有滤光片的情况下,系统有效地消除了背景光和暗电流的影响,测量频率最高可达2,kHz,分辨率达到0.035%,稳定性误差小于0.090%,线性度好于1.2%,大大降低了温漂的影响. 展开更多
关键词 位置敏感器件 激光三角法 微位移测量 自适应调制 单通道
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基于PSD的激光跟踪测量控制系统研究 被引量：8
17
作者 刘斌 陆永华 杨超 《机电工程》 CAS 2015年第8期1033-1037,1055,共6页
针对空间点坐标的测量问题,对激光跟踪仪、双站式经纬仪及多站式全站仪等坐标测量系统等方面进行了研究,对坐标测量原理进行了归纳,基于三角法设计了一种新型PSD激光跟踪测量系统,介绍了工作原理与实现流程,设计了应用于该测量系统的控... 针对空间点坐标的测量问题,对激光跟踪仪、双站式经纬仪及多站式全站仪等坐标测量系统等方面进行了研究,对坐标测量原理进行了归纳,基于三角法设计了一种新型PSD激光跟踪测量系统,介绍了工作原理与实现流程,设计了应用于该测量系统的控制系统。工控机IPC、运动控制卡PCI-8134组成上位机控制系统,陀螺仪MPU6050采集角度信息、PSD处理器将数据放大、AD7606将模拟量转成数字量处理、射频模块NRF24L01发送和接收数据信息,配合嵌入式微处理器STM32进行了数据处理,共同组成了下位机数据采集系统。实验结果表明,该控制系统稳定可靠,基本满足大尺寸坐标测量的要求,并成功应用于激光跟踪测量系统。 展开更多
关键词 三角法 激光跟踪 控制系统 位置敏感探测器
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基于PSD的步进电机控制系统 被引量：3
18
作者 徐伟龙 顾金良 +3 位作者 郭睿 罗红娥 夏言 王康 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第7期76-78,共3页
弹道靶道空间基准标定装置由多台步进电机驱动,在控制软件的管理下将标定装置的中心轴调节到光轴中心位置。在虚拟仪器软件Lab VIEW环境下,用图形化编程语言实现采集位置敏感探测器(PSD)反馈的模拟信号并通过A/D采集卡进行A/D转换。根... 弹道靶道空间基准标定装置由多台步进电机驱动,在控制软件的管理下将标定装置的中心轴调节到光轴中心位置。在虚拟仪器软件Lab VIEW环境下,用图形化编程语言实现采集位置敏感探测器(PSD)反馈的模拟信号并通过A/D采集卡进行A/D转换。根据以数组形式得到的信号通过串口通信,使上位机软件对PSD反馈的光斑位置信号进行实时监控并控制步进电机的旋转,实现光斑逼近到标定装置的中心轴。基于PSD的步进电机控制系统具有良好的稳定性和准确性,已应用在弹道靶道空间基准标定装置中。标定结果表明:在该控制系统下的坐标标定误差小于1 mm。 展开更多
关键词 弹道靶道 位置敏感探测器 步进电机 LABVIEW
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基于PSD的二维定心激光扫描器摆角测量系统 被引量：3
19
作者 程继伟 巩马理 +3 位作者 贾维溥 刘兴占 闫平 张海涛 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2003年第1期57-60,共4页
介绍了二维定心激光扫描器的工作原理和结构设计,描述了采用光电位置敏感探测器(PSD)实现的二维摆角测量系统,比较了两种不同测量方式的优劣,包括数学模型、计算公式和光学系统构造。给出了PSD信号处理电路框图,设计了消除暗电流和杂散... 介绍了二维定心激光扫描器的工作原理和结构设计,描述了采用光电位置敏感探测器(PSD)实现的二维摆角测量系统,比较了两种不同测量方式的优劣,包括数学模型、计算公式和光学系统构造。给出了PSD信号处理电路框图,设计了消除暗电流和杂散光干扰的采样-保持电路,并对系统位移做了标定。系统可以实现30°圆锥角的大范围二维摆角测量,角分辨率达0.01°,具有实时性强、工作稳定、抗环境干扰能力强等优点。 展开更多
关键词 二维定心激光扫描器 激光扫描器 位置敏感探测器 角测量 psd 工作原理
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一维PSD器件及其在测量中的应用 被引量：24
20
作者 于丽霞 王福明 《现代电子技术》 2007年第7期143-144,共2页
PSD是一种新型位置传感器。介绍了PSD器件的检测原理,并以理论推导的方式给出了其等效电路及光点坐标位置与输出电流的函数表达式。重点讨论了PSD器件在位移测测试和大型回转构件空间角度测试中的应用,分析结果表明该器件具有接口简单... PSD是一种新型位置传感器。介绍了PSD器件的检测原理,并以理论推导的方式给出了其等效电路及光点坐标位置与输出电流的函数表达式。重点讨论了PSD器件在位移测测试和大型回转构件空间角度测试中的应用,分析结果表明该器件具有接口简单、测试精度高,不受光束和焦点偏离的影响等优点,可广泛应用于精密测试领域当中。 展开更多
关键词 光电位置敏感器件(psd) 等效电路 位移测试 空间角度测量
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