专利名称：光斑位置测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种位置测量仪器，具体涉及一种在线、实时、全量程精确自动测 量激光的光斑位置测量仪。
背景技术：
位置敏感探测器器件具有体积小、灵敏度高、线性范围大、噪声低、分辨率高、光谱 响应范围宽、响应速度快、价格低及应用电路简单等优点。随着科学技术的快速发展，光斑 位置测量仪的应用的范围不断扩大，研究也不断深入，在光电位置测量、光学遥控、位移和 振动的检测和监控、激光准直、方向探测等领域都有着广泛的应用。目前，能实现位置测量的光电器件由CCD(电荷藕合器件)、PSD(光斑位置测量器 件)和Four Quadrants (四象限探测器)组成的测量系统，其中PSD因具有较高灵敏度、良 好的瞬态响应特性以及紧凑的结构和简单的处理电路而备受工程界的青睐。
发明内容本实用新型是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，目的是提供一种实现光 斑位置在线、实时、全量程精确自动测量的光斑位置测量仪。本实用新型的技术方案是一种光斑位置测量仪，包括PSD探测器，PSD探测器的 输出端与信号处理电路的输入端连通，信号处理电路的输出端和单片机的输入端连通，单 片机的输出端通过USB接口或485接口和计算机进行通讯。所述的信号处理电路包括电流/电压转换电路和电压放大电路。所述的电流/电压转换电路包括有四组相同、且相互独立的电流/电压转换电路， 每组设置有滤波和相位补偿电路。所述的电压放大电路包括有四组相同、且相互独立的电压放大器。本实用新型具有位置测量精度高，结构紧凑，噪音低等特点，二维PSD枕形结构 27mm*27mm测量精度达到微米量级。
图1是本实用新型的光斑位置测量仪的结构框图；图2是本实用新型的信号处理电路的框图；图3是本实用新型的光斑位置测量仪的外观主视图c其中1PSD探测器2信号处理电路3单片机4USB接口5485接口6计算机8壳体21、25电流电压转换滤波电路22、26电压放大电路具体实施方式
下面，参照附图和实例对本实用新型的光斑位置测量仪进行详细说明如图1、2所示，一种光斑位置测量仪，包括PSD探测器1，PSD探测器1的输出端与 信号处理电路2的输入端连通，信号处理电路2的输出端和单片机3的输入端连通，单片机 3的输出端通过USB接口 4或485接口 5和计算机6进行通讯。485接口 5适用于远距离且多路传输。PSD探测器1采用大面型二维枕形PSD探测器，通过后置信号处理电路2使测量 精度达到微米量级。PSD探测器1的型号为W204(2D-PSD)的探测器。当有激光光源入射 到PSD探测器1的感光面时，由于存在横向光电效应，四个电极将有电流输出。当激光照射 在PSD探测器1上的不同位置时，PSD探测器1输出四路不同强度微电流来表征激光照射 在PSD探测器1上的位置信息。信号处理电路2包括电流/电压(I/V)滤波转换电路21和电压放大电路22。由 于PSD探测器1的输出信号是微弱的光生电流信号，很难检测，所以需要设置电流/电压滤 波转换电路21，把电流信号转换为电压信号，同时进行前置放大，以方便进一步处理。电流 /电压滤波转换电路21包括有四组相同、且相互独立的电流/电压转换电路25，每组设置 有滤波和相位补偿电路。电流/电压转换电路25采用型号为LM124W的运算放大器。通常，在检测、数据采集、自控等系统中，当传感、传输和放大环节的传感器输出阻 抗较高、直流信号较小、放大器需要有较高增益时，要考虑采用斩波放大器以减小外界干 扰，尽可能提高信噪比。因此，对应四组I/V转换电路转换后的电压进行放大。电压放大电路22包括有四组相同、且相互独立的电压放大器26，电压放大器26采 用型号为ICL7650S的运算放大器。电流/电压滤波转换电路21的四组电流/电压转换电路25分别与电压放大电路 22的四组电压放大器26连接。电压放大电路22的四组电压放大器26的其中三组的输出端分别与单片机3的第 2、3、4管脚连接，另一组的输出端与单片机3的第7管脚连接。电压放大电路22把电压的 幅值放大到单片机3内部A/D转换器所允许的输入电压的范围内，为单片机3的数据计算 提供保证。单片机3通过USB接口 4或485接口 5与计算机6之间数据传输。单片机3的型号为PIC16F877。如图3所示，在壳体8的中部安装有PSD探测器1，在壳体8的左上部安装有485 接口 5，在485接口 5的下方安装有USB接口 4。本实用新型的光斑位置测量仪工作过程如下调节激光束强度，使其照射在PSD探测器上的激光能量在PSD探测器光斑位置测 量仪的工作范围内，通过计算机实时监测激光光斑位置，实现激光光斑在PSD探测器光敏 面内的精确测量。例如，利用氦-氖(He-Ne)激光器对本实用新型进行实验，光斑位置测量仪的光 谱响应范围为380nm llOOnm，工作温度是_20°C +60°C，稳定性士6 ym，位置分辨能力10 u m。 本实用新型结构紧凑、光谱响应范围大、响应速度快、测量精度可达到微米量级。 且本实用新型采用USB接口为其供电，从而避免使用外接电源，实现了小型化的目标。
权利要求一种光斑位置测量仪，其特征在于包括PSD探测器(1)，PSD探测器(1)的输出端与信号处理电路(2)的输入端连通，信号处理电路(2)的输出端和单片机(3)的输入端连通，单片机(3)的输出端通过USB接口(4)或485接口(5)和计算机(6)进行通讯。
2.根据权利要求1所述的光斑位置测量仪，其特征在于所述的信号处理电路(2)包 括电流/电压滤波转换电路(21)和电压放大电路(22)。
3.根据权利要求2所述的光斑位置测量仪，其特征在于所述的电流/电压滤波转换 电路(21)包括有四组相同、且相互独立的电流/电压转换电路(25)，每组设置有滤波和相 位补偿电路。
4.根据权利要求2所述的光斑位置测量仪，其特征在于所述的电压放大电路(22)包 括有四组相同、且相互独立的电压放大器(26)。
专利摘要本实用新型公开了一种光斑位置测量仪，包括PSD探测器，PSD探测器的输出端与信号处理电路的输入端连通，信号处理电路的输出端和单片机的输入端连通，单片机的输出端通过USB接口或485接口和计算机进行通讯。所述的信号处理电路包括电流/电压转换电路和电压放大电路。所述的电流/电压转换电路包括有四组相同、且相互独立的电流/电压转换电路，每组设置有滤波和相位补偿电路。所述的电压放大电路包括有四组相同、且相互独立的电压放大器。本实用新型结构紧凑、光谱响应范围大、响应速度快、测量精度可达到微米量级。
文档编号G01B7/00GK201583242SQ20092025232
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者张云兴, 张志忠, 张金玉, 陈志理, 陈日升 申请人:核工业理化工程研究院华核新技术开发公司