位置敏感探测器综合实验仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种位置敏感探测器综合实验仪，包括探测器调节机构、信号处理电路和LCD显示器；其中，探测器调节机构包括安装座，安装座的一端设有手动平移台，其上设有接杆，接杆上固定有激光器；安装座的另一端固定有位置敏感探测器，激光器产生激光信号照射到位置敏感探测器上，位置敏感探测器的两路信号线通过信号线接口与信号处理电路连接。本实用新型能够实现简单、直观、快速、准确的定位跟踪目标，可引导学生熟悉实验原理，锻炼学生的动手能力。
【专利说明】位置敏感探测器综合实验仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及教学实验装置【技术领域】，尤其涉及一种位置敏感探测器综合实验仪。
【背景技术】
[0002]位置敏感探测器(Posit1n Sensitive Detector, PSD),是一种对入射到光敏面上光斑的能量中心位置敏感的光电器件。相对于其他类型的光电传感器，PSD的主要优点在于它是无盲区的连续性器件，并且存在无需额外的器件就可以做成大面积系统的可能性。位置敏感探测器被广泛应用于需求低成本或高速位置检测的商业和工业中，比如非接触式距离测量、激光光束准直和物体的光电跟踪等场合，也应用于精密光学准直方面，比如生物医疗应用、机器人、过程控制和位置信息系统等。但是，目前针对高等院校应用物理、光电信息科学与工程、电子科学与技术、测绘工程、机械电子工程、测控技术与仪器等理工科专业的位置敏感探测器实验教学仪器，大都功能简单、价格昂贵，不利于学生对光电定向及其实际应用的认识和教师教学质量的提高。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中现有位置敏感探测器实验教学仪功能简单、价格昂贵等缺陷，提供了一种用于学生实验的位置敏感探测器综合实验仪，该实验装置与实际应用紧密结合，功能多样，操作简单且实现成本低。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]提供一种位置敏感探测器综合实验仪，包括探测器调节机构、信号处理电路和IXD显示器；
[0006]其中，探测器调节机构包括安装座，安装座的一端设有手动平移台，手动平移台上设有接杆，接杆上固定有激光器，通过手动平移台调节接杆上激光器的位置；
[0007]安装座的另一端固定有位置敏感探测器，激光器产生激光信号照射到位置敏感探测器上，位置敏感探测器的两路信号线通过信号线接口与信号处理电路连接；
[0008]信号处理电路包括电源管理模块、信号处理模块和数据采集模块，电源管理模块与激光器连接，为其提供工作电压；信号处理模块包括运算放大器、加减法电路和调整电路，运算放大器对位置敏感探测器输出的两路电流进行放大和Ι/v变换，经变换后的电压信号通过加减法电路进行加、减运算，调整电路对加减法电路的输出信号进行电平抬升和相位调整，最后将调整后的信号送入数据采集模块进行模数转换，并发送给微处理器；
[0009]微处理器与IXD显示器连接，微处理器上设有串口通讯及程序烧写模块，通过该串口通讯及程序烧写模块进行程序烧写。
[0010]本实用新型所述的位置敏感探测器综合实验仪中，该信号处理电路还包括信号处理电路测试区。
[0011]本实用新型所述的位置敏感探测器综合实验仪中，该信号处理电路还包括扩展开发模块，该扩展开发模块上设有供使用者搭建信号处理电路的预留独立器件及与每个独立器件对应的插接口。
[0012]本实用新型所述的位置敏感探测器综合实验仪中，该综合试验仪还包括上位机，微处理器上设有USB通信接口模块，该上位机通过USB通信接口模块与微处理器连接。
[0013]本实用新型所述的位置敏感探测器综合实验仪中，该综合试验仪还包括电压表和电流表。
[0014]本实用新型所述的位置敏感探测器综合实验仪中，运算放大器使用LF353进行信号放大，该运算放大器中的反馈电阻为滑阻。
[0015]本实用新型产生的有益效果是:本实用新型采用位置敏感探测器产生两路与光信号对应的电信号，通过一维位置敏感探测器的信号处理电路对两路电信号进行处理，可以得到光斑能量中心位置。本实用新型的光电定向方式实现直观、快速定位跟踪目标方位。采集的数据可以使用微处理器进行处理并使用IXD进行位置显示，也可以使用计算机进行数据处理和位置显示。能够实现简单、直观、快速、准确的定位跟踪目标，与实际应用紧密结合、功能多样、启发性强、操作简单、实现成本低，能够引导学生熟悉实验原理，锻炼学生的动手能力，启发学生创新精神，能使教师将书本知识与实践相结合，提高授课质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型实施例位置敏感探测器实验仪的结构框图；
[0018]图2是本实用新型实施例位置敏感探测器实验仪的结构示意图；
[0019]图3是本实用新型实施例信号处理电路结构图；
[0020]图4是本实用新型实施例信号处理电路模拟部分原理图；
[0021]图5是本实用新型实施例信号处理电路数字部分原理图；
[0022]图6是本实用新型实施例USB通信流程图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]如图1所示，位置敏感探测器实验仪主要包括探测器调节机构11、信号处理电路12和LCD显示器13，使用激光器作光源，位置敏感探测器作为光电探测接收器测量光斑中心位置和光强等信息。
[0025]其中，探测器调节机构包括安装座26，安装座26的一端设有手动平移台24，手动平移台24上设有接杆23，接杆23上固定有激光器21，通过手动平移台24调节接杆23上激光器的位置；本实用新型的一个实施例中，激光器21外设有激光器套筒27。接杆23外设有接杆套筒210。激光器21可采用650nm红光点状激光器，位置敏感探测器22使用国产HY0108，有效光敏面长度为8mm。
[0026]手动平移台24可选用北京微纳光科仪器有限公司的WN101TM13L，水平方向行程13mm、最小刻度0.01mm、精度5um，可以完成对激光器位置的精确调节。位置敏感探测器22直接安装在安装座26上，其高度不可调节。
[0027]安装座26的另一端固定有位置敏感探测器22，激光器21产生激光信号照射到位置敏感探测器22上，位置敏感探测器22的两路信号线通过信号线接口 25与信号处理电路连接；信号线接口 25包括地线、位置敏感探测器22的两路信号线及一路电源线以及为激光器提供工作电压的电源线。
[0028]信号处理电路包括电源管理模块301、信号处理模块302和数据采集模块304，电源管理模块301与激光器连接，为其提供工作电压；信号处理模块302包括运算放大器、加减法电路和调整电路，运算放大器对位置敏感探测器22输出的两路电流进行放大和I/V变换，经变换后的电压信号通过加减法电路进行加、减运算，调整电路对加减法电路的输出信号进行电平抬升和相位调整，最后将调整后的信号送入数据采集模块304进行模数转换，并发送给微处理器；
[0029]微处理器与IXD显示器连接，微处理器上设有串口通讯及程序烧写模块308，通过该串口通讯及程序烧写模块308进行程序烧写。
[0030]本实用新型的一个实施例中，如图3所示，该综合试验仪还设有独立的电压表306和电流表307，用于实验过程中的电压和电流测试。该综合试验仪还包括上位机，微处理器上设有USB通信接口模块309，该上位机通过USB通信接口模块309与微处理器连接。
[0031]激光器21产生激光信号照射到位置敏感探测器22上，若使PSD工作在反向偏置状态，设光斑中心距原点的距离为X，流过N型层上电极的电流为I，流过两电极的电流分别为I1和12，PSD光敏面长度为2L，则有如下关系:
[0032]I = I^I2 (I)
[0033]
【权利要求】
1.一种位置敏感探测器综合实验仪，其特征在于，包括探测器调节机构、信号处理电路和IXD显示器； 其中，探测器调节机构包括安装座(26)，安装座(26)的一端设有手动平移台(24)，手动平移台(24)上设有接杆(23)，接杆(23)上固定有激光器(21)，通过手动平移台(24)调节接杆(23)上激光器的位置； 安装座(26)的另一端固定有位置敏感探测器(22)，激光器(21)产生激光信号照射到位置敏感探测器(22)上，位置敏感探测器(22)的两路信号线通过信号线接口与信号处理电路连接； 信号处理电路包括电源管理模块(301)、信号处理模块(302)和数据采集模块(304)，电源管理模块(301)与激光器连接，为其提供工作电压；信号处理模块(302)包括运算放大器、加减法电路和调整电路，运算放大器对位置敏感探测器(22)输出的两路电流进行放大和I/V变换，经变换后的电压信号通过加减法电路进行加、减运算，调整电路对加减法电路的输出信号进行电平抬升和相位调整，最后将调整后的信号送入数据采集模块(304)进行模数转换，并发送给微处理器； 微处理器与IXD显示器连接，微处理器上设有串口通讯及程序烧写模块(308)，通过该串口通讯及程序烧写模块(308)进行程序烧写。
2.根据权利要求1所述的位置敏感探测器综合实验仪，其特征在于，该信号处理电路还包括信号处理电路测试区(303)。
3.根据权利要求1所述的位置敏感探测器综合实验仪，其特征在于，该信号处理电路还包括扩展开发模块(305)，该扩展开发模块(305)上设有供使用者搭建信号处理电路的预留独立器件及与每个独立器件对应的插接口。
4.根据权利要求1所述的位置敏感探测器综合实验仪，其特征在于，该综合试验仪还包括上位机，微处理器上设有USB通信接口模块(309)，该上位机通过USB通信接口模块(309)与微处理器连接。
5.根据权利要求1所述的位置敏感探测器综合实验仪，其特征在于，该综合试验仪还包括电压表(306)和电流表(307)。
6.根据权利要求1所述的位置敏感探测器综合实验仪，其特征在于，运算放大器使用LF353进行信号放大，该运算放大器中的反馈电阻为滑阻。
【文档编号】G09B23/18GK203858375SQ201420272793
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】杨应平, 陈梦苇, 胡昌奎, 贾信庭, 胡靖华 申请人:武汉理工大学