PSD综合性能检测系统的研制

论文摘要

位置敏感探测器（PSD）是一种基于半导体横向光电效应的光电子器件。由于它具有位置分辨率高,响应速度快,不需要扫描,处理电路简单等优点,适用于位置、距离、位移、角度及其它相关物理量的测量,因而在工业检测和监控、航空对接、机器人传感等领域获得了越来越广泛的应用。本文首先介绍了PSD的分类及国内外对PSD的研究发展现状及成果,针对目前测量PSD的性能参数单一性的缺点,提出了一种检测PSD性能指标的实验方法,能够同时测量PSD的位置灵敏度、位置线性度、响应灵敏度、光谱响应、时间响应、暗电流等参数。然后,分析了PSD的位敏原理,对PSD的待测参数进行了简要分析,对每项参数的理论指标进行了讨论。在确定PSD的待测参数后,接下来详细讨论了如何搭建实验平台。本文先后从仪器选取、电路设计、程序编写等方面入手,将实验平台逐层细分,逐个解决。在本实验平台中,光源、单色仪、步进电机和数据采集卡都是购买厂家产品,有些还进行二次开发。使用厂家成熟的产品,有助于提高实验结果的精度和降低实验平台的复杂程度。对于实验平台的电路设计,本文采取模块化分析的方法,并用Proteus对部分电路模块进行了仿真,减少了实验开发中的误区,加快了实验平台的开发进度。实验平台使用MCS-51单片机作为控制电路核心。单片机程序的编写也是采取模块化分析,将程序分成几个部分,逐一讨论后,再提出程序的整体设计方案,采用自下往上的程序设计理念。在实验平台搭建完成后,测量了8mm*8mm二维枕形PSD的六项性能指标。测得PSD的暗电流大小为2nA左右,响应时间在2μs左右,非线性度为3.046%等,所得的结果及结论与理论值基本吻合,证明了该实验平台的实用性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 光电位置敏感探测器概述
• 1.2 PSD的结构分类
• 1.3 PSD的国内外研究现状及本论文的研究工作
• 2 PSD的位置敏感原理及待测参数分析
• 2.1 半导体的光生伏特效应
• 2.2 半导体横向光电效应
• 2.3 PSD待测参数分析
• 2.4 小结
• 3 PSD性能参数检测平台的设计方案
• 3.1 仪器需求分析
• 3.2 电路模块分析
• 3.3 电路仿真
• 3.4 单片机程序设计
• 3.5 小结
• 4 实验结果与误差分析
• 4.1 暗电流测量
• 4.2 时间响应测量
• 4.3 位置误差测量
• 4.4 响应灵敏度测量
• 4.5 光谱响应测量
• 4.6 位置线性度测量
• 4.7 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录:PC与单片机的通信协议
• 作者简历
• 攻读硕士期间的实践经历