四象限位置测量系统设计实验

文章编号:1002-2082(2008)04-0493-05四象限光电检测系统的定位算法研究及改进余　峰1,何　烨2,李　松2,张继涛2(1.武汉武大卓越科技有限责任公司,湖北武汉430223;2.武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079)摘　要:　在相同硬件条件下,四象限光电检测系统的线性区间和响应灵敏度等会因算法不同而产生差异。

首先分析光斑定位的常用算法,通过数值积分和曲线拟合得出具有高斯分布的激光光斑位移量在不同算法下的修正曲线,设计制作了一套精度较高的数字式四象限光电定位系统,并使用该系统验证了理论推导结果。

关键词:　激光技术;四象限光电检测系统;算法研究;数值积分中图分类号:T N 247;T L 814 文献标志码:AImprovement of positioning algorithm for four -quadrant optoelectronic detection systemYU Feng 1,HE Ye 2,LI Song 2,ZHANG Ji-tao 2(1.W uhan W uda Z oyo n Science and T echno log y Co.L td,Wuhan 430223,China;2.Electr onic Info rmation Schoo l,Wuhan U niver sity ,W uhan 430079,China)Abstract :Under the same hardw are conditio ns ,the system atic characteristics such as the linear area and the r esponsiv ity of a four-quadrant optoelectr onic detector changes as the algo rithm changes.T he com mon alg orithms for laser spot positioning w ere analyzed.T he co rrection curves fo r the displacement o f Gauss laser spo t were deduced w ith tw o -dimensional numerical integration and curve fitting ,and a hig h -precision digital fo ur -quadrant optoelectronic po sition detection system was desig ned and fabricated.T he theor etically deduced result w as verfied by the detection system.Key words :laser technique ;four -quadrant optoeletronic detection system ;alg orithm analysis ;num erical integr ation引言四象限光电探测器是以光导模式工作的光伏探测器件。

基于LabVIEW的四象限光电探测器数据采集系统设计冯强;耿爱辉【摘要】设计了一种用于进行激光光束校准的四象限光电探测器数据采集系统.在硬件设计中,采用高速的模数转换芯片ADS7864对信号进行采样；同时,使用高速数据处理器TMS320F2812进行数据处理,保证了数据采样精度和数据处理的速度.计算机显示界面程序采用NI公司的图形化编程软件labVIEW编写,用户显示界面信息丰富而且美观.通过使用四象限探测器对长波红外激光的采样实验,可以看出在四象限探测器上照射的红外激光位置与在labview界面上显示的光斑位置一致.实验表明,本数据采集系统具有结构简单、数据采集精度高、数据读取方便、人机界面友好等特点,可以满足对激光光束校准的要求.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2013(021)005【总页数】4页(P1397-1399,1403)【关键词】四象限光电探测器;DSP;数据采集;LabVIEW【作者】冯强;耿爱辉【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033【正文语种】中文【中图分类】TP3320 引言四象限光电探测器是一种基于光生伏特效应的光电位置传感器。

它是将4个性能相同的光电位置敏感器件以直角坐标系的形式排列而成的。

它可以用来确定光点在二维平面上的位置坐标，被广泛的应用在激光制导、光电定位、跟踪及激光准直等领域中。

本文针对某工程项目中的红外激光光束对准系统，设计了一种基于四象限光电探测器的数据采集系统。

本数据采集系统是将四象限光电探测器接收到的红外激光信号通过一块数据采集卡将模拟的光电信号转换为数字信号，并通过串口将采集后的数据传输至计算机上进行显示、分析和存储，然后系统再根据计算机处理后的数据对激光光束进行对准校正。

1 四象限光电探测器的工作原理四象限光电探测器是一种将光信号转换成电信号的传感器。

基于四象限探测的激光跟踪系统的设计与实现刘思鸣;何宁;邓德迎【摘要】为提高激光目标系统跟踪能力,提出了一种基于四象限探测的激光跟踪系统.采用四象限探测器完成光斑位置检测与目标信息接收,分析传感器光照位置的输出电流误差变化与光斑偏离光敏面中心坐标对应关系,感知和判断目标方位及运动方向,通过伺服系统的闭环控制方法,实现激光快速跟踪,利用上位机对被跟踪目标的方位信息进行图形监测.实验测试表明,采用四象限光电检测构建的激光目标伺服跟踪系统,能快速搜寻锁定目标,并实施激光指向干扰,在目标位置±20°移动变化时,系统跟踪误差约为0.1％,跟踪速度达到22.6°/s,实验结果为激光跟踪的实际应用提供一定参考价值.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】5页(P7-11)【关键词】光电探测;位置传感;激光跟踪;伺服控制【作者】刘思鸣;何宁;邓德迎【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林航天工业学院广西高校无人机遥测重点实验室,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN249激光跟踪具有高精度、无导轨、大范围、实时动态等优点，它集计算技术、电子技术、精密机械、控制技术于一体，在激光制导领域有着广泛应用[1]。

激光跟踪是实现激光精确制导的基础，经过四十多年的快速发展，激光制导技术和各种激光制导武器已成为高科技的现代和未来战争克敌制胜的重要手段，其中激光制导武器系统具有制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等优势，因而各军事大国都竞相开展研制[2]。

针对激光跟踪系统快速对准能力问题，应用位置传感器完成光斑位置检测与信息接收，通过平衡状态误差分析，采用伺服系统控制实现激光目标的快速跟踪，经实验测试，系统能获取跟踪目标的方位信息，并利用干扰激光对跟踪目标实现锁定指向，为系统应用研究奠定基础。

大视场四象限探测光学系统设计
大视场四象限探测光学系统是一种广角、高分辨率的光学系统，在多
个领域中具有广阔的应用前景，比如遥感、天文学、医学影像等。

在本文中，将探讨大视场四象限探测光学系统的设计原理、关键技术和性能参数。

以下是一份超过1200字的文章：
导言：
大视场四象限探测光学系统是一种具有广角、高分辨率和快速采集能
力的光学传感系统，可以用于在大区域内进行高精度的目标探测和图像采集。

这种光学系统不仅在军事领域中具有重要应用，还可以在地质勘探、
遥感、天文学、医学影像等领域发挥重要作用。

大视场四象限探测光学系统设计薛珮瑶;吴耀;冯茜;李川【摘要】In order to realize large field laser detecting and tracking , the characteristics of optical system are analyzed.First, based on the requirement of light spots uniformity for four-quadrant detector and system inde-xes, the premium structure of optical system is selected and the method of aberration correcting is presented . Then the large field optical system for four-quadrant detector is designed by using the ZEMAX software .The light spots quality is evaluated by the spot diagram , footprint and encircled energy while the distribution of the rays illuminance on the quadrant detector is obtained by TRACEPRO software .Finally, manufacture and as-sembly for the optical system are finished and optical performance is tested based on designingresult .Testing results indicate that linear field of laser detection system is 6 degree and precision of angle measurement is less than 0.15degree.Testing curve is consistent with theoretical curve , which validates correction of the design .%为了实现大视场激光探测跟踪，分析了大视场激光探测光学系统的研制特点。

基于四象限光位置检测器的同步光位置测量系统顾黎明;孙葆根;申超波;卢平;王季刚;王晓辉;唐雷雷;肖云云【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2010(022)012【摘要】为了克服现有双丝型检测器无法进行水平、垂直两个方向同时测量同步光位置的缺点,合肥光源新研制了基于四象限光位置检测器的同步光位置测量系统,并使用对数比处理技术进行后续的数据处理.通过分别对光学成像系统和四象限光位置检测器的标定,最终得到基于四象限光位置检测器的光位置测量系统的性能参数为:水平方向灵敏度0.471 2 mm-1,线性范围为±1.83 mm,垂直方向灵敏度0.635 0 mm-1,线性范围±1.32 mm.与合肥光源现有的光位置测量系统相比,具有较高的性价比.【总页数】5页(P2964-2968)【作者】顾黎明;孙葆根;申超波;卢平;王季刚;王晓辉;唐雷雷;肖云云【作者单位】中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029;中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,合肥,230029【正文语种】中文【中图分类】TL594;TL506【相关文献】1.Libera Photon在合肥光源同步光位置测量系统中的应用 [J], 顾黎明;孙葆根;杨永良;卢平;肖云云;王季刚;唐雷雷2.一种带有弹簧的丝型同步光位置检测器 [J], 林顺富;孙葆根;高辉;卢平;申超波;鲍循3.采用对数比处理技术的同步光位置测量系统 [J], 林顺富;孙葆根;高辉;卢平4.基于FPGA的激光位移测量系统设计 [J], 李家奇;李静5.基于二维激光位移传感器的通过式轮对测量系统设计 [J], 伍川辉;尹纪磊;郭辉;闫磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

四象限探测器定位精度的分析与仿真宋哲宇;付芸;范新坤;吴凯【摘要】In order to study the tracking accuracy of four-quadrant(QD)detectors in space laser communication sys-tems and the effects of spot characteristics and external environment on detectors,at first,the principle of four-quad-rant detector flare detection is deduced through the theory,the effects of facula size,facula centroid position,back-ground light,facula energy distribution,dead-area and the SNR are simulated and analyzed. The results show that the sensitivity of the position detection is reduced with the increase of the facular size. The facula energy distribution,back-ground light and dead-area will have an effect on the detection accuracy of the spot position;and the improvement of the signal-to-noise ratio can improve the position detection accuracy.%为了研究影响四象限探测器(QD)在空间激光通信系统中的跟踪精度,以及光斑特性和外部环境对探测器的影响.首先理论推导了四象限探测器光斑检测的原理,然后对光斑半径、光斑位置、背景光、光斑能量分布、死区、系统信噪比等因素进行了仿真分析.研究结果表明,光斑半径的增加会降低四象限探测器的位置探测灵敏度.光斑能量分布、背景光和死区会对光斑位置检测精度产生影响,系统信噪比的提高可以提高位置检测精度.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】4页(P41-44)【关键词】背景光;光通信;建模;仿真;信噪比【作者】宋哲宇;付芸;范新坤;吴凯【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN929.1四象限探测器（QD）具有响应快、动态范围宽、灵敏度高、体积小等特点，广泛应用在光电跟踪领域［1］。

测量的坐标象限引言在数学和物理学中，我们经常会遇到需要测量物体或现象的位置和方向的需求。

为了更准确地描述位置和方向，我们引入了坐标系的概念。

坐标系由一组数轴和原点组成，可以用来表示空间中的位置和方向。

在二维平面上，我们通常使用直角坐标系，也称为笛卡尔坐标系。

笛卡尔坐标系由两条互相垂直的数轴（x轴和y轴）和一个原点组成。

根据x轴和y轴上的正负标记，我们可以将平面分成四个象限。

本文将介绍测量的坐标象限及其特点。

坐标象限笛卡尔坐标系将平面划分成四个象限，分别用罗马数字I、II、III、IV表示。

每个象限都有一些特点，这些特点有助于我们更好地理解和描述物体或现象的位置。

第一象限（I）第一象限是位于x轴正半轴和y轴正半轴之间的区域。

在第一象限中，x轴的数值为正，y轴的数值为正。

这意味着第一象限中的点的x坐标和y坐标都大于零。

因此，第一象限被认为是坐标值都为正的象限。

在数学中，第一象限通常用来表示正数。

第二象限（II）第二象限位于x轴负半轴和y轴正半轴之间的区域。

在第二象限中，x轴的数值为负，y轴的数值为正。

这意味着第二象限中的点的x坐标为负，y坐标为正。

因此，第二象限被认为是x坐标为负、y坐标为正的象限。

在数学中，第二象限通常用来表示负y值。

第三象限（III）第三象限位于x轴负半轴和y轴负半轴之间的区域。

在第三象限中，x轴的数值为负，y轴的数值为负。

这意味着第三象限中的点的x坐标和y坐标都为负。

因此，第三象限被认为是坐标值都为负的象限。

在数学中，第三象限通常用来表示负数。

第四象限（IV）第四象限位于x轴正半轴和y轴负半轴之间的区域。

在第四象限中，x轴的数值为正，y轴的数值为负。

这意味着第四象限中的点的x坐标为正，y坐标为负。

因此，第四象限被认为是x坐标为正、y坐标为负的象限。

在数学中，第四象限通常用来表示负x值。

应用举例坐标象限的概念在实际应用中具有重要意义。

以下是一些应用举例：地理定位在地理学和导航系统中，我们经常使用坐标系来确定地理位置。

四象限光电探测器设计方案 （4QD ）四象限探测器在一个光敏面用十字沟道隔成四个象限，如图所示，每个象限相当于一个光电管，当激光垂直入射时，经聚焦的光斑照射在四象限的中心位置上，四个象限接收的光强一样，输出的光电流也相同。

当激光光束以其他的角度入射时，光斑的位置也随之偏移，四个探测器输出的光电流也就不相同，对四个探测器输出的电流进行差分处理，就可以得到光斑偏离中心的误差信号。

4QD 计算光斑重心位置的公式如下： 1234123414231234()()()()I I I I X KI I I I I I I I Y K I I I I +−+=++++−+=+++式中K 为比例系数，代表四象限探测器的角灵敏度，它与光斑形状和大小直接相关。

当激光光斑的光强为高斯分布时，在线性响应区间时，K 与光斑直径成反比。

光束误差偏角和光斑位置之间的关系如图，可通过式计算。

四象限探测器的光灵敏度很高，探测频率也可达几千赫兹，外围电路也相对简单，因此是精瞄传感器的一种理想选择。

四象限探测器允许水平和垂直的角度分别独立估测，其输出信号为水平和垂直的角误差电压。

空间跟踪就是通过即时的误差电压对伺服电机进而对光学硬件进行连续调节来实现。

但是四象限传感器的光敏面比较小，且存在死区。

另外由于四象限传感器实际上只是探测四个区域的光强，因而算得的位置偏移的精度和线性度都受到光斑大小和形状的影响。

这就需要设计符合精瞄准系统要求的4QD 传感器。

根据以上指标，要求探测精度优于1‰，综合各种器件，选择日本滨松公司Q 这款4QD图 四象限探测器接受光斑示意图表 4QD S-6695-01性能指标[14]2.4.2 4QD 的电路设计由于4QD 输出的是弱的电流信号，而AD 采集的通常是0-5V 的模拟电压信号，因此需要经过后续电路的I/V 转化和信号调理。

电路的要求是符合带宽条件下的高精度的运算放大电路：首先要满足带宽的需要，保证4QD 电路高的采样能力；第二要求4QD 四个象限的放大倍数较精确的相等，保证四个象限的光电转化输出效率相同；第三要求放大器还应能够抑制传感器上的高频噪声，减少传感器噪声[17]。