高性能微位移测量系统设计：基于PSD的激光跟踪仪优化

"本文主要研究了基于位置敏感探测器(PSD)的微位移测量系统，用于提高激光跟踪仪的跟踪精度。该系统由PSD传感器、ADS8556模数转换器和TMS320F28335数字信号处理器组成，并通过二阶有源低通滤波器进行噪声消除，软件上则采用误差补偿和数字滤波技术增强数据可靠性。实验证明，该系统能够实现高精度的光斑坐标测量，对于激光跟踪仪的精密跟踪具有重要意义。" 在微位移测量领域，PSD因其能够检测光斑位置的能力而被广泛应用。位置敏感探测器是一种非分割型光电二极管，其工作原理基于横向光电效应。PSD通常由三层结构组成，包括感光层、隔离层和公共电极层，光照射在感光面上会生成光电流，通过四个电极输出，从而计算出光斑的二维坐标。 本研究中，作者设计了一个高性能的微位移测量系统，该系统的关键组件包括PSD传感器，用于捕捉光斑位置；ADS8556模数转换器负责将模拟信号转化为数字信号，提供精确的数据输入；TMS320F28335数字信号处理器则处理这些数据，执行误差补偿和数字滤波算法，进一步提高测量的准确性。硬件层面，引入了二阶有源低通滤波器，能有效地抑制噪声干扰，使得二维坐标波动量的峰峰值控制在6μm以内。 激光跟踪仪在追踪移动目标时，依赖于PSD的微位移测量能力。该系统的高精度表现，对于激光跟踪仪保持实时、快速且准确的跟踪至关重要，直接影响到跟踪仪的整体性能。尽管国外在此领域有先进的产品，但高昂的价格限制了广泛应用。国内虽有研究进展，但尚未达到大规模商品化的程度。因此，本文提出的解决方案有望推动国内微位移测量系统的技术进步，拓展其在激光跟踪和其他精密测量领域的应用。 基于PSD的微位移测量系统研究为提高激光跟踪仪的精度提供了新的途径，通过优化硬件设计和软件算法，成功实现了高精度的光斑坐标测量，这对于提升我国在激光跟踪技术领域的竞争力具有重要意义。未来，该系统可能被广泛应用于各种需要精密定位和测量的场景，如工业自动化、航空航天以及科学研究等。