1 长春理工大学 机电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
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。
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 three-axis attitude angle measurement non-contact measurement position sensitive detector filter bandwidth response frequency 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230543
北京工业大学材料与制造学部数控精密加工技术研究所,北京 100124
激光具备优异的相干性、方向性和高能量,被广泛应用于激光通信、激光制导、高能**和精密加工等领域。然而,激光器本身和外部环境等因素会造成光束指向不稳定,严重降低了通信、制导和加工的精度。因此,构建了一种基于快速反射镜的光束指向性偏差矫正系统,并对光束指向性偏差矫正过程进行建模。重点构建了由位置敏感探测器的位置偏差信号到快速反射镜的矫正角度的控制模型。建立的控制模型可以实现对光束指向性偏差的检测和预测,并调整快速反射镜的姿态,以矫正光束指向性偏差,提高光束指向稳定性。通过实验验证了构建的系统和模型的性能。结果表明,依据构建的系统和模型校正后的光束在X方向和Y方向上的指向性偏差分别减少了78.08%和70.28%,光束指向稳定性显著提升。
光学设计 激光束传输 光路建模 光束指向性偏差 快速反射镜 位置敏感探测器 中国激光
2023, 50(14): 1405003
强激光与粒子束
2023, 35(2): 026001
中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 成都 610000
为了提高位置敏感探测器(PSD)的位置检测范围, 解决光斑在探测器光敏面脱靶时无法准确定位光斑的问题, 提出一种光斑脱靶误差补偿方法, 分析了脱靶前后PSD检测光斑能量重心变化规律, 建立了PSD光强信号与位置检测误差间的函数关系。实验结果表明: 当PSD光敏面尺寸为12mm×12mm时, 对于半径为5mm的高斯光斑, 通过所提出的光斑补偿方案补偿后PSD的X轴检测范围提高了66.7%, 位置检测平均相对误差不超过5%, 该方法对提高PSD位置检测性能具有重要的意义。
测量 位置敏感探测器 高斯光斑 误差补偿 measurement position sensitive detector gaussian spot error compensation
1 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
在辐射成像中准确估计射线与探测器相互作用的空间位置是保障成像质量的关键步骤。为进一步提升辐射作用事件的定位效果,有效抑制重心法在辐射事件作用位置靠近探测器边缘时造成的定位偏移,针对Si-PM阵列构成的位置灵敏探测系统建立了基于响应函数的定位算法。搭建了基于CsI阵列与Si-PM阵列构成的位置灵敏探测器和基于ASIC的电子学读出系统,使用等效电阻网络简化了Si-PM阵列的输出信号数量, 通过实验获得了辐射事件在Si-PM阵列上的响应函数。实验结果表明,在同一条件下使用响应函数法在最边缘像素散点的FWHM仅为使用重心法获得FWHM的46.2%,与中央像素散点的FWHM相当,基于响应函数的辐射事件方法定位效果明显优于传统重心法的定位效果,可有效克服重心法的边缘效应。
辐射成像 位置灵敏探测器 Si-PM 重心法 radiography position sensitive detector Si-PM center of gravity method 强激光与粒子束
2022, 34(6): 066001
北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心, 北京 100124
提出了一种分析位置敏感探测器(PSD)对激光追踪测量系统性能影响的方法,分析了PSD的测量原理,建立了激光追踪测量系统中的PSD测量模型。利用Matlab/Simulink软件搭建了激光追踪测量系统的仿真模型,仿真分析了PSD的位移电压转换系数对激光追踪测量系统性能的影响。仿真结果表明,当位移电压转换系数αp为1000 m/V时,PSD的响应时间较短,激光追踪测量系统动态响应的超调量低、稳定时间短、动态超调误差小。实验结果表明,αp越大,PSD光电转换电路输出的电压误差越大,对激光追踪测量系统性能的影响也越大。当αp=1000 m/V时,PSD光电转换电路输出电压的误差最低,稳定时间最短。
测量与计量 激光追踪测量系统 位置敏感探测器 位移电压转换系数 跟踪性能 中国激光
2020, 47(11): 1104001
1 浙江工业大学理学院浙江省量子精密测量重点实验室, 浙江 杭州, 310023
2 之江实验室量子传感研究中心, 浙江 杭州, 310000
设计了一种压电陶瓷驱动的精密倾斜平台及其倾斜角度控制方法,实现了高精度倾斜控制。该控制系统主要由主控制器、位移探测模块、数模转换模块、高压驱动模块4部分组成,可实现快速精确的倾斜控制。运用了球透镜与位置敏感传感器相结合的方法测量和控制精密倾斜控制平台的倾斜角度。实验结果表明,该平台控制精度优于0.5 μrad,且结构简单、易于装设,特别适用于要求倾斜角度精密控制且低成本的工程应用环境。
测量 倾斜平台 位置敏感探测元件 比例积分控制 光学学报
2020, 40(19): 1912001
华东交通大学 电气与自动化工程学院,南昌 330013
为了实时了解铁路轨道的轨距变化情况,研制了一种实时在线监测轨距变化的测量系统。采用位置敏感探测器和激光发射器作为测量元件实时采集轨距的变化信息,建立数学模型计算轨距的偏移量,通过组合算法来获取两根钢轨移动状态后的偏移量,并通过二次插值算法对位置敏感探测器进行非线性补偿以提高位置敏感探测器的精度和准确度;采用控制器局域网络总线和通用分组无线服务技术将一定区域内的轨距变化信息发送到监控中心进行显示;通过和现有二级铁路轨距尺分别对同一模拟轨道进行了测量实验。结果表明,该系统的测量精度为0.32mm,达到了目前轨道检测行业所规定的1mm精度要求。
激光技术 轨距监测 位置敏感探测器 组合算法 非线性补偿 laser technique gauge monitoring position sensitive detector combination algorithm nonliner compensation
1 上海航天控制技术研究所,上海 201109
2 上海市空间智能控制技术重点实验室, 上海 201109
3 中国科学院光电研究院, 北京 100094
4 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统;基于光线追迹方法建立跟踪系统的几何光学模型,并对跟踪系统进行误差分析,通过仿真对激光跟踪系统的指向精度以及跟踪性能进行分析。仿真结果表明:在跟踪距离100 m处,跟踪系统的位置指向精度可达0.35 mm,角度指向精度为0.72″,跟踪范围为-10°~10°,最大跟踪速度可达3.6 rad/s,能够实现对远距离快速运动目标的高精度实时主动跟踪。
测量 激光跟踪 二维振镜 位置灵敏探测器 误差分析