夏普位置灵敏探测器测试实验指导书.pdf

夏普位置灵敏 探测器测试 实验指导书 光电信息工程实验中心 2014.06 一、 实验目的 1） 了解三角法测距的原理 2） 了解位置灵敏探测器的输出信号规律 二、 实验器材 1） 夏普位置灵敏传感器 2）万用表 3）传感器固定支架 4） 1米直尺或皮尺 三、 传感器原理介绍 位置灵敏探测器 PSD (Position Sensitive Device)属于半导体器件，它是 一种对其感光面上入射光斑重心位置敏感的光电器件。当入射光斑落在器件感光 面的不同位置时，PSD 将对应输出不同的电信号。通过对此输出电信号的处理， 即可确定入射光斑在 PSD 的位置。入射光的强度和尺寸大小对 PSD 的位置输出信 号均无关。PSD 的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。 PSD 的主要特点是位置分辨率高、响应速度快、光谱响应范围宽、可靠性强， 处理电路简单、光敏面内无盲区，可同时检测位置的光强,测量结果与光斑尺寸 和形状无关。由于其具有特有的性能，因而能获得目标位置连续变化的信号，在 位置、位移、距离、角度及其相关量的检测中获得越来越广泛的应用。 在 PSD 光电实验中，根据读出电压值的变化，可以知道物体的运动变化， 由于 其具有精度高的优点，在测量物体时，即使测量物体位置有微小的变化，电压值 都会有很明显的变化。PSD 的性能价格比较高，特别适合于对位置、位移、角度 等的实时测量。 PSD 可分为一维 PSD 和二维 PSD。一维 PSD 可以测定光点的一维位置坐标， 二维 PSD 可测光点的平面位置坐标。由于 PSD 是分割型元件，对光斑的形状无严 格的要求，光敏面上无象限分隔线，所以对光斑位置可进行连续测量从而获得连 续的坐标信号。 PSD 测距系统由以下几部分构成：光学透镜，PSD 信号处理电路和发光元件。 发光元件一般采用红外发光二极管，激光二极管。 PSD 三角测距原理如图所示：红外二极管发出的光经过发射透镜后，照射到 不同距离的被测物体上，散射回来的光线经接收透镜汇聚，落在器件感光面的不 同位置，PSD 对应输出不同的电信号。 由 PSD 的基本原理可知,随着入射光点位置坐标 x 的不同,其两个信号电极 的输出电流将随之变化。经 PSD 信号处理电路处理后,输出的电压值与 x 的坐标 值成正比关系。根据处理电路输出的电压值,就可得到光点位置坐标 x 的值,根 据三角原理就可以计算出待测物体的距离 D （f 为透镜的焦距）。 GP2D12,GP2Y0A21YK0F （下图）是夏普（SHARP）生产的红外距离测量传感器模 块，它由 PSD(position sensitive detector）和 IRED(infrared emitting diode) 以及信号处理电路组成。由于采用了三角测量方法，被测物体的材质，环境温度 及测量时间都不会影响测量精度。适合应用于距离测量，壁障等场合。 夏普光电测距传感器输出信号线如图所示：红色是电源线，接 5V 即可工作，黑 色导线接地，黄色导线为输出模拟电压信号线，改变待测物体的位置，即可通过 该信号线获得不同的电压量。 四、 实验内容 1. 采用信号源为传感器连接上 5V 电压，固定传感器，并测量不同位置下传感器 输出的信号变化，画出被测距离与输出信号的关系曲线，寻找规律，线性度 如何？ 2. 若旋转传感器，向正前方偏移一定的角度，如 10 度，传感器的直线测量范围 是否会改变？为什么？有条件请现场验证。 五、 思考题 查阅资料，说明 PSD 的一个具体应用例子。