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STC89C54单片机PSD的光点移动量测量系统的研究(7)
3.2 PSD断面结构图
图3.3 PSD电位器模型因为 所以可得
当入射光恒定时, 恒定,则入射光点与PSD中间零位点距离X与 成线性关系,与入射光点强度无关。通过适当的处理电路,就可以获得光点位置的输出信号。
此处,我们使用一文PSD。
3.3.2 基于PSD的干涉条纹移动量检测方法
用移相干涉术进行测量时,为了结果更加精确,需降低环境扰动的影响,保持干涉条纹的稳定。为此我们采用基于PSD的干涉条纹的检测,并进行实时补偿。
首先,将PSD中点放置到干涉条纹亮条纹中心处,PSD将光强信号转化成电信号,输出两路电流I1和I2,根据上面介绍的PSD原理,可知入射光点距PSD中心的距离x,即移动量 (L已知)。这里x是有正负的,它的正负表明了条纹移动的方向。通过电路处理将探测到的条纹移动量和方向信号输入到单片机,单片机将输入的振动信号实时处理,按补偿算法就可得到振动所引起的光程差变化量,同时给出一个补偿控制信号,作用到PZT的控制驱动源,通过PZT的作用改变光程差,就可以实时的补偿振动,得到稳定的干涉图像。
这里,本论文主要做的就是PSD探测到的条纹移动量和方向,通过电路处理,再送到单片机,通过编程将其位移值和方向显示出来。
4 实验系统设计
本课题利用PSD探测器探测光强中心,从光强信号得到干涉条纹对初始位置的偏移量并完成补偿。采用模拟电路的位置处理,利用传感器两极输出的电流,经运算放大器电流电压变换,加减运算,模拟除法运算,其输出的电压连接到单片机上,将编好的程序烧录进去,便由数码管显示偏移量的大小和方向。实验系统设计流程图如图4.1所示。
图4.1 实验系统设计流程图
4.1 条纹检测电路设计
本章节将详述电路部分设计,包括PSD探测器I/V转换放大电路、滤波电路、加减法电路、判向电路和计数电路。
4.1.1 PSD光电探测器
本次课题采用PSD-0208,它的有效感光面积为2.0mm×8mm,分辨率为1um,响应时间为1us,响应光谱为400-1100nm,工作温度范围为-10-60℃。PSD-0208在外加1V电压时阻抗的典型值为200kΩ,最小值为140 kΩ,最大值为260 kΩ。其输出电流为uA级,用电流检测芯片进行检测时,由于电流太小会造成大的误差,在进行检测之前需要将PSD转换的电信号进行放大。如图4.2,靠近缺角的管脚4接反偏电压Vf,对角管脚1和管脚3为输出电流I1和I2,管脚2悬空。
图4.2 PSD-0208实物图与接线图
4.1.2 I/V转换放大电路
PSD以光电流的形式输出两路信号I1和I2,由于测量干涉场与PSD之间有一定距离,PSD光敏面上接收到的光能量较小,使得PSD输出的光电流极其微弱,因而适配电路的设计对光电流的提取是至关重要的。由于电压信号比电流信号更方便于测量与后续电路处理,可以将电流源信号转换为电压源信号,通过电压并联负反馈电路来实现。I/V转换放大仿真电路如图4.3所示:
图4.3 I/V转换放大仿真电路
电路左侧为PSD输出电流I1和I2,经过运算放大器放大相同倍数后输出对应电压 和 。电容 和 可以减少信号中的高频噪声,改善信噪比。由前面的原理知移动量 ,经电流电压转换放大后,移动量 。
运算放大器选择OP07CP,它的性能优异,具有高速度、高精度、线性好,低温漂、低噪音的特点,适合本系统对交流和直流要求。
4.1.3 低通滤波电路
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