PSD位置传感器

1.PSD传感器介绍

psd位置传感器是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器。是一种新型的光电器件,或称为坐标光电池。它是一种非分割型器件,可将光敏面上的光点位置转化为电信号。psd由p衬底、pin 光电二极管及表面电阻组成。具有位置分辨率高,响应速度快和处理电路简单等优点。

2.PSD传感器特性

●位置分辨率高;
●可减少来自日光和日光灯的干扰;
●极间电阻高(对于S3271~S3274 系列) ;
●响应速度高(对于S3271~S3274 系列) ;
●可以同时测量位置和强度;
●检测数据只与光点的能量中心有关;
●可靠性高。

3.PSD工作原理

PSD分两种类型:一维PSD(称1D-PSD)和两维PSD(称2D-PSD)探测器。
如图1截面图所示,PSD由在平面硅衬底上的三层组成:P型层在表面,N型层在另一面,I层在它们中间。落在PSD上的入射光转换成光电子后由P型层上两端电极探测并形成光电流。
这里写图片描述
当一束光落在PSD上,相应于光能量的电荷在入射点产生,电荷通过P型电阻层被电极收集。P型层是均匀一体的电阻层,被电极收集到的光电流与入射点和电极间距成反比。由此可得出如下公式:I1和I2是电极的光电流,L和I0分别代表电极间距和总光电流。
这里写图片描述
由公式(3),(4),(7),(8)显示,不同的比率可得出相应的与光能量无关的入射光点
的位置。

4.PSD常见型号

2D-PSD是一种改进型四侧面结构,包括改进敏感面和电极。另外,器件暗电流小,响应速度高和设置偏压容易,边缘畸变小。
1D-PSD,2D-PSD分别是1D-PSD和2D-PSD非调制信号处理板。只要简单地把处理板连接电源,位置信号就能精确得到。

1.一维PSD位置传感器
PSD-0220(1D-PSD)
有效光敏面 2.0×20mm
分辨率 1μm 光谱
响应范围 380~1100nm
响应时间 1μs
工作温度 -10~60℃

PSD-2534(1D-PSD)
有效光敏面 2.5×34mm
分辨率 1μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 5μs
工作温度 -10~60℃

PSD-1315(1D-PSD)
有效光敏面 1.3×15mm
分辨率 0.1μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 0.8μs
工作温度 -10~60℃

2.二维PSD位置传感器
PSD-1010(2D-PSD)
有效光敏面 10×10mm
分辨率 1μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 0.8μs
工作温度 -10~60℃

PSD-1515(2D-PSD)
有效光敏面 15×15mm
分辨率 1μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 0.8μs
工作温度 -10~60℃

PSD-2121(2D-PSD)
有效光敏面 21×21mm
分辨率 2μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 1μs
工作温度 -10~60℃

PSD-2727(2D-PSD)
有效光敏面 27×27mm
分辨率 2μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 2μs
工作温度 -10~60℃

PSD-4343(2D-PSD)
有效光敏面 43×43mm
分辨率 5μm
光谱响应范围 380~1100nm
响应时间 5μs
工作温度 -10~60℃


【参考】:
1.https://baike.baidu.com/item/PSD%E4%BD%8D%E7%BD%AE%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/4368535
2.http://www.chinasensor.cn/ziliao/show.php?itemid=8485

### 基于光学PSD传感器的位置测量系统实现原理 #### PSD传感器的工作原理 位置敏感探测器(Position Sensitive Detector, PSD)是一种基于光电效应的空间坐标检测装置。它通过将入射光线转换为电信号来确定光源相对于探测器平面的位置。PSD的核心部分是一个均匀掺杂的半导体层,当光照射到该层时,会产生一对正负电荷载流子。这些载流子会在外部偏置电压的作用下移动,并在四个电极处产生电流信号。这四个电极分别位于矩形或圆形PSD的边缘,通过测量各电极上的电流比例即可计算出光斑中心的具体位置[^1]。 对于二维PSD来说,其输出通常表示为两个独立变量X和Y,它们可以通过以下公式求得: ```python X = (I1 - I3) / (I1 + I2 + I3 + I4) Y = (I2 - I4) / (I1 + I2 + I3 + I4) ``` 其中 \(I1\), \(I2\), \(I3\), 和 \(I4\) 是对应四象限电极产生的光电流强度[^2]。 #### 光学PSD传感器位置测量系统的组成 一个完整的基于PSD的位置测量系统主要包括以下几个组成部分: - **光源模块**:用于发射特定波长范围内的稳定光束; - **准直透镜组**:负责调整目标反射回来的散乱光线方向使其平行进入后续组件; - **分光镜/滤光片**:过滤掉不需要波段的同时允许有效信息传递至接收端; - **聚焦镜头**:把来自不同角度的目标反射光汇聚成一点投射到PSD表面上; - **PSD探测单元**:完成上述提到的功能并转化为相应的电气参数变化量; - **信号调理电路与数据采集卡**:放大弱小原始读数以便进一步数字化处理后再送计算机做最终运算显示结果[^3]。 #### 应用场景举例说明 这种类型的设备因其结构紧凑、响应速度快以及抗干扰能力强等特点非常适合应用于精密机械装配线在线监控或者机器人视觉导航等领域当中去执行亚微米级定位任务。例如,在汽车制造业中可用于监测车身焊接缝隙宽度一致性情况;而在生物医学研究方面,则可能帮助追踪细胞运动轨迹等等。 ### 结论 综上所述,基于光学PSD传感器的位置测量系统凭借其实现简便性和高效的数据获取能力成为众多工业自动化解决方案中的优选之一。未来随着新材料新技术不断发展进步,相信这类产品还会迎来更加广阔的应用前景。
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