PSD位置傳感器簡(jiǎn)介綜述作為一種光學(xué)探測(cè)器的PSD器件可以在測(cè)量區(qū)域內(nèi)連續(xù)的對(duì)光斑位置的變換進(jìn)行檢測(cè)。它是一種光電二極管，并且以橫向光電效應(yīng)為基礎(chǔ)原理，具有非分割的特性，根據(jù)接收面上所感應(yīng)到的光斑所轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娦盘?hào)的大小的變化來(lái)檢測(cè)確定光斑的位置[[]王帥帥.基于PSD的微位移測(cè)量系統(tǒng)研究.北京信息科技大學(xué).2014.06[]王帥帥.基于PSD的微位移測(cè)量系統(tǒng)研究.北京信息科技大學(xué).2014.061.1一維PSD位置傳感器一維PSD位置傳感器的基本原理模型就是在PIN型的光電二極管上設(shè)置一個(gè)光感應(yīng)面并且其數(shù)值會(huì)隨著感應(yīng)面上所接收到的光斑的位置的改變而改變，光感應(yīng)面上接收到光斑的位置會(huì)對(duì)器件的輸入信號(hào)產(chǎn)生影響，并且擁有相對(duì)較大的感光面積。本次以S3931型PSD器件為例，其有效光敏面是一個(gè)1×6mm2的矩形，以0.1μm為單位的極小的分辨率，具有320~1100nm的光譜響應(yīng)范圍。與一維PSD為同等功效的電路原理圖如圖2.3所示。它大多以長(zhǎng)方形作為光感應(yīng)面的形狀，圖中信號(hào)兩個(gè)輸出端口為①和②，③則為公共輸入端口，Rsh為結(jié)電阻，Ip為電流發(fā)生源，VD為理想狀態(tài)的二極管，RD是決輸出大小的定位電阻，最后作為結(jié)電容Cj對(duì)器件的響應(yīng)速度起到了決定性的作用[[]孫仲元.磁選理論及應(yīng)用.中南大學(xué)出版社.2009.06[]孫仲元.磁選理論及應(yīng)用.中南大學(xué)出版社.2009.06圖2.3一維PSD等效電路圖一維PSD擁有像三明治一樣的整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)PSD器件的光感應(yīng)面接收到反射光時(shí)，與入射光強(qiáng)有固定大小關(guān)系的電荷必定會(huì)形成于所形成的光斑位置的表面下，它們形成各自對(duì)應(yīng)的光電流順著光感應(yīng)面向兩端電極流去。PSD器件的兩個(gè)輸出端的電流的大小和光斑到光感應(yīng)面兩端的距離成反比。在PSD器件中光斑所在的點(diǎn)到光感應(yīng)面兩端的等效電阻R1和R2的決定了兩路光電流的分流比例。一維PSD器件的結(jié)構(gòu)圖如圖2.4所示。圖2.4一維PSD結(jié)構(gòu)圖在圖2.4中，光感應(yīng)面的總長(zhǎng)度設(shè)為2L，設(shè)光感應(yīng)面上所形成的光電流的大小總和為I0，在這個(gè)時(shí)候可以將PSD器件看成是一個(gè)由光斑位置決定大小的滑動(dòng)變阻器在兩端電阻的分壓作用下會(huì)形成兩個(gè)光電流I1和I2，顯而易見(jiàn)，這兩道光電流之和為光電流道德總和I0[[]郭鵬程.基于一維PSD的位移測(cè)量系統(tǒng)研究.中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院.2017][]郭鵬程.基于一維PSD的位移測(cè)量系統(tǒng)研究.中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院.2017式（2.3）由式（2.6）可知，入射光斑到光感應(yīng)面兩端的距離之比的反比，就是兩個(gè)信號(hào)輸出端的電流大小之比，然后將兩端的電流之和等于產(chǎn)生的總電流這一點(diǎn)代入式（2.3）中，得到式（2.4）式（2.5）將上述兩式當(dāng)作方程運(yùn)算可以得到式（2.6）由式（2.6）可以得到結(jié)論，入射光的強(qiáng)度不會(huì)對(duì)光斑在PSD光感應(yīng)面上所呈現(xiàn)出的位置造成影響，換句話說(shuō)就是只有入射光斑位置的變化才可以讓PSD器件產(chǎn)生反應(yīng)。1.2二維PSD位置傳感器對(duì)一維PSD的各種功能進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化就可以形成二維PSD，它們擁有基本相同的原理。圖2.5為二維PSD的結(jié)構(gòu)圖。其機(jī)構(gòu)與一維PSD器件大致相同，不過(guò)在上下左右的位置上有四個(gè)輸出端。在各個(gè)輸出端之間都接有負(fù)載電阻，當(dāng)PSD光感應(yīng)面上的某一點(diǎn)接收到光信號(hào)時(shí)，四個(gè)電流信號(hào)I1、I2、I3和I4分別從設(shè)置在P層中的四個(gè)輸出端上輸出。假設(shè)P層上的電阻分布是均勻的，同一維PSD器件一樣各輸出端所輸出的電流與光斑所在位置到各輸出端的距離成反比。將原點(diǎn)設(shè)置在光感應(yīng)面的中心點(diǎn)建立坐標(biāo)系，根據(jù)輸出的光電流可以得到光斑的坐標(biāo)方程為：式（2.7）式（2.8）其中的L為PSD感光