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浅谈基于PSD的微位移测量系统研究作者：卢珺来源：《科学与财富》2020年第30期摘要：微位移测量系统主要在对物体进行跟踪操作中有广泛应用，为了可以提高激光跟踪设备的跟踪速度和精准度，就需对设备性能进行改善。
按照测量光斑在PSD上的坐标可以对测量系统进行整改优化，并设计出了一种由PSD传感器和模数转换器以及数字信号处理器所组合而成的高质量微位移测量系统。
本文就对该本文就对基于PSD的微位移测量系统进行分析，供参考。
关键词：PSD;微位移测量;系统引言：激光跟踪设备是在精准测量和激光干涉测量的基础上所研发出来的一种测量系统，在实际的运行中，通过测量光束照射在目标上，再经反射折回到跟踪设备上来实现运行。
当目标移动的时候，跟棕设备也会对光束进行调整，从而再次对准目标。
在这个过程中，设备是否可以对目标进行准确的跟踪，和设备的速度和精度有着密切联系。
跟踪控制系统是则是将PSD 作为检测单元，按照检测单元的目标脱离信息来进行有效的跟踪，PSD在我国已经有了广泛的应用和研究。
1.相关关键器件的选择1.1PSD选择PSD是一种非分割型的光电二极管，PSD一般是由三个层次组合而成的的，第一层是感光面，这一层次主要是输出电极;第二个层次是对转换效率进行提取;另外一个层次是公共电极，主要用于加反偏电压，两个电极之间会夹杂一个负载电阻。
当光束照映射在光敏面某一个点的时候，就会有电流进入感光面的电阻中，并从感光面的四个电极中输出不同的光电流坐标。
[1]一般，都会将坐标的核心点选在PSD的几何中心上，按照输出的光电流来选择光斑坐标。
1.2模数转换器选择为了可以准确的对光斑移动位置信息进行获取，就需要在使用PSP的同时选择适合的模数转换器，模数转换器需要满足速度快、效率高的要求，并且，为了确保A/D转换的快速完成，模数转换器的转换率必须要比采样的速度快。
所以，本文在综合考虑的前提下，选择考虑ADS8556作为模数转换器。
ADS8556模数转换器的采样速度可以达到630千次每秒，转换的时间只需要1.2六微秒，转换的效率大约为793千次每秒，要比采样速度和效率高，完全可以满足微位移测量系统要求。
数显微位移测量仪的设计一、任务设计制作数显微位移测量仪系统，其中包括检测、微处理器处理、数字显示等的功能。
示意图如下：图1 系统设计模块图二、要求1、基本要求（1）能够测量0-5㎜以内的动态微位移，由数码管显示，可以使用LED、LCD显示提示信息。
显示分辨率为小数点后4位。
（2）可以通过按键来使数显微位移测量仪清零，再由键盘输入相关的测量单位制，并可相互转换。
（3）传感器可采用接触式和无接触式。
（4）测量精度要求≤0.5%，线性回程误差≤±0.05㎜，显示时间相对稳定。
2、发挥部分（1）测量精度要求≤0.1%，线性回程误差≤±0.01㎜，稳定时间≥1s。
（2）具有USB输出的扩展功能。
（3）可存储10组以上数据。
（4）其它创新。
三、评分标准水箱水位自动控制装置一、任务设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下：二、要求1、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。
（1）水箱1的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2的长×宽×高为40× 30 × 40 cm（相同容积亦可）；水箱1的放在地面，水箱2放置高度距地0.8-1.2m。
（2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱2中水位的高度不变，误差≤1cm。
（3）水箱2中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置；（4）实时显示水箱2中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。
2、发挥部分：（1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱2中水位的高度不变，误差≤0.3 cm。
（2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10米。
远程控制器上能够同步实现超限报警显示。
（3）其他创新。
三、评分标准四、说明1. 水箱2材质建议采用透明材料制作。
2. 现场控制器和远程控制器需独立封装，外形美观。
可控脉冲电源一、任务设计并制作一台可控脉冲电源二、要求1、基本要求（1）缓启动0-3分钟可设定，斜坡启动。
激光干与法测量微位移的设计位移的量值范围不同专门大（在制造工业中nm-μm-mm 直至数十米；秒分度以下或几度至几十度），检测能够是接触式或非接触式，加上对检测准确度、分辨力、利用条件等要求不同，因此有多种多样的检测方式。
随着光学检测元件和精密制造工艺的提高和电子元器件的进展，伴随运算机的更新换代和工业自动控制技术的不断进步，利用光电结合的方式是解决问题的有效途径，如光栅码盘、激光干与法、三角法、光斑散射法，其测量精度高、反映速度快、易于实现数字化测量。
在光学干与测量法中，激光多普勒效应测量方式具有动态响应快、线性度好、测量范围大、精度高等许多独特的长处，取得了加倍普遍的应用，有专门好的进展前景。
为了知足微位移测量的非接触、高精度等要求本文设计、制作了一种基于激光多普勒效应的测微位移系统，和传统的微位移测量仪器相较，其精度、误差、灵敏度及稳固度都有较大提高，并实现了对微位移的自动非接触测量。
干与测量法是基于光波的干与原理测位移的方式。
激光的出现使干与测量位移的应用范围加倍普遍。
其测量的大体原理是:由激光器发出的光经分光镜分为两束，一束射向干与仪的固定参考臂，经参考反射镜返回后形成参考光束；另一束射向干与仪的测量臂，测量臂中的反射镜随被测物体表面的位移转变而移动，这束光从测量反射镜后形成测量光束。
测量光束和参考光束的彼此叠加干与形成干与信号。
干与信号的明暗转变密度与被测测位移成反比。
因此，由光接收器件光电显微镜取得的明暗转变密度能够得出被测位移的值[1]。
干与法原理简单、构造容易，测量精度高，测量范围大，适用于实时动态测量而被普遍应用于位移测量。
目前干与测量按测量对象不同大致可分为全息干与测量、散斑干与测量和光栅位移激光多普勒测量。
随着科技的进步，对测量精度的要求愈来愈高，激光多普勒技术的非接触、高精度测量的长处使它取得蓬勃进展。
激光多普勒测量有空间分辨率高、测量精度高、多普勒频移与位移成线性关系、动态响应快，信号用光来传递，惯性极小，能够进行实时测量、激光多普勒测量是非接触式测量，激光集聚的干与体积小，即是测量探头在通常情形下对被测的流场和物体等没有干扰等长处。
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法在物理实验中，微小位移量的测量是一个重要的环节。
纳米级的位移量可以帮助我们研究非常微小的事物。
而光学测量方法是一种高精度、非接触式的测量方法，被广泛应用于微小位移量的测量中。
本文将介绍几种常用的光学测量方法。
一、白光干涉法白光干涉法是一种常用的测量光程差的方法。
在实验中，利用Michelson干涉仪产生干涉条纹，通过计算干涉条纹的移动距离，可以得到微小位移量的数值。
在白光干涉法中，由于光波长的分散性质，光源的发光波长不同，因而干涉条纹的颜色也随着移动位置的改变而改变。
通过光谱技术，可以将光源发的不同波长的光分离开来，进一步减小误差。
白光干涉法的优点是光源便宜易得，采样快速；缺点是对光源的光谱性质要求较高，需要对光源进行调整。
二、激光干涉法与白光干涉法相比，激光干涉法具有光源单色性好、光强稳定等优点。
激光干涉法也是一种非常重要的光学测量方法。
激光干涉法的原理与白光干涉法相同，所不同的是，激光干涉法使用的是激光的单色性，因此绝大部分的激光干涉仪是由He-Ne激光器作为光源。
激光干涉法的优点是可使干涉条纹清晰明显，易于处理数据；缺点是激光器使用成本较高。
三、莫尔条纹法莫尔条纹法是利用干涉现象测量表面形状和表面变形的方法。
在莫尔条纹法中，将一系列的‘条纹’透射到平整或有形状的表面上，通过观察条纹的特殊布局和消失位置等，可以得到表面的变化信息。
莫尔条纹法的主要优点是测量精度高、分辨能力强，其测量原理基于光学干涉，不易受到外界干扰，具有快速、高效等特点。
四、激光视轮法激光视轮法是一种利用激光束对物体进行带有方向的扫描，然后依据扫描的结果来测量物体表面形状和位移量等的方法。
在实验中，将激发的光束反射到物体表面，同时维持一定角度的斜向照射，通过扫描预先设定区域，生成一个三维物体的表面形状的图像。
激光视轮法的优点是测量精度高、成像速度快、测量能力强等，目前已被广泛应用于工程领域、生物医学领域等多个领域。
基于光杠杆原理的微位移测量系统设计
周光明;吴禹;鲍丙豪;高永锋
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2015(39)3
【摘要】基于原子力显微镜的工作原理,设计了一种端点带反光镜的悬臂梁,实现光点位移放大,并利用位置敏感器件(PSD)将光点位置信息转换成光电流,从而设计出一种微位移测量系统.该系统结构简单、灵敏度高,适用于微小位移量的测量.文中给出了该测量系统检测原理,设计了信号处理电路,利用压电元件对悬臂梁端点微位移进行了检测.该系统可检测的线性位移量程为0 ～50μm,线性度为1.79％ FS,分辨力可达50nm.
【总页数】4页(P36-39)
【作者】周光明;吴禹;鲍丙豪;高永锋
【作者单位】江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于光杠杆原理的纳米级微位移测量系统研究 [J], 张攀峰;吴宇;刘晓旻;杨国光
2.光杠杆纳米微位移测量系统中的信号处理 [J], 吴宇;刘晓旻;杨国光
3.基于轻量级并行编程的微位移测量系统设计研究 [J], 闵帅博;崔建军;严利平;王冬;束红林;陈恺
4.物体微小形变教学方法的改进——凹面反射式光杠杆微位移测量装置的设计及应用 [J], 苏翔;曾思绮;陈晨
5.物体微小形变教学方法的改进——凹面反射式光杠杆微位移测量装置的设计及应用 [J], 苏翔;曾思绮;陈晨
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Vo l 110 No17 M a r12010Ζ 2010 Sci 1Tech1Engng1科 学 技 术 与 工 程Sc i ence Techno l o g y and Enginee r in g 第 10卷 第 7期 2010年 3月 1671 - 1815 ( 2010 ) 7 21628 205通信技术基于迈克尔逊干涉仪的激光 测量系统研究CC D 微位移赵育良 王淑娟(海军航空工程学院青岛分院 ,青岛 266041 )摘 要 介绍了一种可进行动态微位移激光测量系统 。
该系统以 H e 2N e 激光器为光源 ,配以去噪装置 、判向变频系统 、CCD 视 频信号的高速动态采集系统 、微机处理系统及干涉图处理软件包等 ,基于位相调制的基本原理 ,实现了微位移的精确测量 。
与 传统测量方法相比 ,其精度 、误差 、灵敏度及稳定度都有较大提高 ,并实现了微位移的全自动测量 。
关键词 线阵 CC D位相调制迈克尔逊干涉仪微位移干涉中图法分类号 TN249. 3; 文献标志码 A高精度的位移测量系统是机械 、仪表 、工具 、兵 器 、宇航等产业获得位置精度的基础 ,也是上述产业 产品及技术不断进步的制约因素 ,特别是在军事领 域 ,高精度的微位移测量有着重要的意义 。
而这些 方面光干涉计量以其能够精确到波长级的优势成为 位移测量系统的主要代表 。
本文提出一种以 H e 2N e 激光器为光源的基于位相调制原理的新型微位移测 量系统 ,与传统的测量方法相比 ,本系统利用单色性 及波长稳定性更好的 H e 2N e 激光器作为光源 ,特别 是以 CC D ( Cha rge Coup led D e vi ce )取代传统的光电 探测器作为条纹拾取工具 ,利用其分辨率 、灵敏度高 等特点与驱动电路和单片机相结合 ,配以条纹判向 、 细分系统 ,实现了对条纹的高精度细分 ,并对微位移 实现了自动精确测量 ,较大的提高了系统的测量精 度和系统的稳定性 ,并基本消除了人为的计数误差 。
物理实验中微小位移量的几种光学测量方法在物理实验中，测量微小位移量是非常重要的。
微小位移量的测量可以用来研究物体的运动规律和性质，同时也可以应用到各种不同的领域，例如工程、医学、空间科学等。
光学测量方法是一种常用的方法，它采用光学原理来测量微小位移量，具有非接触性、高精度和高灵敏度等优点。
本文将介绍几种常用的光学测量方法，包括差动测量法、干涉测量法、激光测量法和数字全息测量法，并对它们的原理、应用和优缺点进行详细介绍。
差动测量法是一种基于两束光的相位差来测量微小位移量的方法。
它的基本原理是将两束光沿不同的光路传播，然后再将它们进行合并，通过比较两束光的相位差来测量位移量。
差动测量法在实际应用中有多种实现方式，例如双臂激光干涉仪、激光多普勒测速仪等。
双臂激光干涉仪是最常见的一种实现方式，它采用激光作为光源，通过将激光分为两束，分别沿不同的光路传播，并最终在相位板上进行叠加来进行测量。
在测量时，当被测物体发生微小位移时，两束光的相位差会发生变化，通过测量这种相位差的变化就可以得到位移量。
差动测量法在很多领域都有广泛的应用，例如机械工程、光学工程、材料科学等。
它具有非接触性、高精度和稳定性的优点，在微小位移量的测量中有着很高的应用价值。
但是，差动测量法也有一些缺点，例如对环境条件要求较高，需要较长的测量时间，同时对系统的稳定性和复杂性也有一定要求。
干涉测量法是一种基于光的干涉现象来测量微小位移量的方法。
干涉测量法的基本原理是利用干涉仪的干涉图样来测量光的相位差，从而得到被测物体的位移量。
干涉测量法在实际应用中有多种实现方式，例如薄膜干涉法、多束干涉法和全息干涉法等。
薄膜干涉法是一种常见的实现方式，它采用薄膜反射镜或衍射光栅等器件来产生干涉图样，通过测量干涉图样的变化来测量位移量。
在测量时，通常需要通过对干涉图样进行处理，例如通过解调或者数字图像处理等方式，来得到被测物体的位移量。
干涉测量法在很多领域都有广泛的应用，例如半导体制造、光学显微镜、生物医学等。
基于激光干涉的微小位移测量方法研究激光干涉技术是一种能够高精度地测量微小位移的方法，广泛应用于各种领域，包括科学研究、工业制造和生物医学等。
本文将对基于激光干涉的微小位移测量方法进行研究，探讨其原理、应用和发展前景。
1. 方法原理基于激光干涉的微小位移测量方法利用激光光束经过分束器分为两束，分别照射到被测物体的不同位置。
其中一束光直接照射到被测物体的表面，另一束光通过反射或透过被测物体后再反射回来，两束光在接收器上发生干涉。
通过比较两束光的相位差，即可计算出被测物体的微小位移。
2. 测量系统组成基于激光干涉的微小位移测量系统主要由激光器、分束器、参考光路、被测光路、光学器件和接收器等组成。
其中激光器产生单色、相干光源，分束器将激光分为两束，参考光路和被测光路分别接收两束光，经过光学器件的干涉后，通过接收器接收干涉光信号。
3. 主要应用领域基于激光干涉的微小位移测量方法在许多领域都有广泛的应用。
在科学研究方面，可以用于材料力学性能的研究、纳米技术的发展等。
在工业制造中，可以应用于机械零部件的精度检测、光学元件的测试等。
在生物医学领域，可以用于心脏跳动、血液流动等生物信号的测量。
4. 系统改进和发展趋势基于激光干涉的微小位移测量方法在实际应用中还存在一些问题，如对环境光的敏感性、高频振动的干扰等。
为了改善系统的稳定性和精度，研究人员正在不断探索新的方法和技术。
其中，数字干涉技术和相位准确度提高技术是两个重要的改进方向。
数字干涉技术利用数字信号处理技术将干涉光信号转换为数字信号进行处理，可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
相位准确度提高技术通过改善光路设计和增加相位校准装置，提高系统的相位测量精度。
此外，新的光学材料和光学器件的发展也将为基于激光干涉的微小位移测量方法带来更多的应用和突破。
5. 结论基于激光干涉的微小位移测量方法是一种高精度、非接触的测量技术，在许多领域有着广泛的应用前景。
通过对系统原理、应用领域和发展趋势的研究，我们可以看到该方法在科学研究、工业制造和生物医学等方面的巨大潜力。
基于光学杠杆法的微纳位移测量系统张冲;马树军;李鲁鲁;修强【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)011【摘要】采用自行设计搭建的光学杠杆光路系统,使用位置敏感度探测元件(PSD)对悬臂梁的微小挠度变化进行测量.介绍了实验原理及系统搭建.实验测量与分析表明:系统分辨力可达0.06μm.对自制的悬臂梁挠度变形进行测量,并与微动平台的实际位移量对比,结果基本一致,验证了系统的可靠性.%Using self-designed optical lever light path system and position sensitive detector (PSD )to measure small deflection of cantilever. Experimental principle and system building are introduced. Experimental measurement and data analysis are implemented. The resolution of measurement system can reach 0. 06μm. Using this system to measure small deflection of homemade cantilever. Through comparing with the actual displacement of micro-positioning platform,the results are basically identical. It verifies reliability of the system.【总页数】4页(P103-105,108)【作者】张冲;马树军;李鲁鲁;修强【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TN29【相关文献】1.基于光杠杆原理的纳米级微位移测量系统研究 [J], 张攀峰;吴宇;刘晓旻;杨国光2.基于光杠杆原理的微位移测量系统设计 [J], 周光明;吴禹;鲍丙豪;高永锋3.基于光学自由曲面的三维位移测量系统 [J], 房丰洲;万宇;朱朋哲;程颖4.基于聚焦离子束纳米剪纸/折纸形变的三维微纳制造技术及其光学应用 [J], 陈珊珊; 刘幸; 刘之光; 李家方5.基于等离激元的微纳光学器件研究 [J], 刘冬冬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
