PSD原理、发展及应用

LOGO主讲内容PSD结构、工作原理1PSD发展现状2PSD应用举例3总结4PSD结构、工作原理1PSD发展现状2PSD应用举例3总结4PSD的结构及工作原理PSD（PositionSensitiveDetector）是一种光电位敏探测器器件优点：以光斑的位置作为模拟信号而输出的半导体器件，可以获得与光斑强度、分布、对称性和尺寸无关的精确定位信息。PSD输出电流随光点位置不同而连续变化，具有体积小、灵敏度高、线性范围大、噪声低、响应速度快、后续处理电路简单等优点常见的光电位敏探测器(PSD)器件PSD器件的分类二维PSD器件一维PSD器件PSD器件PSD的基本原理当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生横向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子-空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件——PSDPSD的基本原理当光照射到硅光电二极管的某一位置时，结区产生的空穴载流子向P层漂移，而光生电子则向N层漂移。到达P层的空穴分成两部分：一部分沿表面电阻R1流向1端形成光电流I1；另一部分沿表面电阻R2流向2端形成光电流I2。121221///xxRRII一维PSD检测原理2101221IIIxLxLRRIILxLII201LxLII2021212IIIIPxPx称为一维PSD位置输出信号，与光点在光敏面上位置坐标x成线性关系，即位置信息x可以通过探测光生电荷在衬底中的移动来确定。与表面上的光斑强度、分布、对称性和尺寸无关，这就是PSD的位置检测特性二维PSD检测原理式中X1,X2和X3,X4为每个电极的光电流输出;x,y为光斑的中心位置坐标;L为光敏面边长。上式表明，入射光斑的位置坐标（x，y）可由电极上的电流经过和、差和除法运算得到。LxXXXX22112LyYYYY22112LxYYXXYXYX2)()(21212112LyYYXXYXYX2)()(21211122二维PSD读取位置坐标电路框图入射光斑的位置坐标（x，y）可由电极上的电流经过和、差和除法运算得到。上图为读取位置坐标的电路框图PSD结构、工作原理1PSD发展现状2PSD应用举例3总结4PSD发展历史改进了表面分割型器件发展表面分割型和两面分割型器件推导出了Lucovskey方程首次发现横向电光效应1930年Cu-Cu2O金属半导体结的Cu2O表面边缘的Au电极通过安培表短接于Cu层描述横向光电效应，奠定了PSD的理论基础改进分割型进一步发展1960年70年代80年代90年代TextPSD器件性能的提高近年来PSD的研究已有进展,分辨率大大提高,已有分辨率高达PSD的研究报道，线性度和稳定度也有改善。计算机技术及新的信号处理技术的研究与应用：利用微机或单片机可简化电路设计，使系统设计更灵活，且可实现各种非理想因素(如非线性)的补偿，这样可以提高测量精度。高速信号处理器的应用使这种信号处理算法容易实现,信号采集速度提高，可大大提高测量速度。TextPSD研究进展主要的两大方面PSD是一种具有广阔应用前景的器件PSD结构、工作原理1PSD发展现状2PSD应用举例3总结4PSD应用举例位移测量Text三维运动测量微小角度测量平行度测量TextPSD应用举例位移测量应用PSD进行非接触式位置测量是根据光学三角法测距的原理进行的XbfD/三维运动测量应用PSD的三维运动测量方法具有测量精度高、实时性强以及测量系统结构简单、成本低等特点，可以广泛应用于人体运动研究、交通事故分析以及机器人动态准确度测量等方面。微小角度动态测量当待测平面的角度发生微小变化时，PSD上的激光光斑位置也将随之变化，将新的光斑位置信号与上一个光斑位置信号进行比较，根据位置变化和角度的关系的度机体就可以计算出待测平面角度的变化。设位置变化为S,反射点到PSD距离为L，则平面角度的变化为：)(radLSPS-LD平行度测量式中f—聚光镜的焦距；—光斑在二维PSD器件x方向上的偏移量；—光斑在二维PSD器件y方向上的偏移量。22)(2sinfxx222)()(2sinfyxyxyPSD结构、工作原理1PSD发展现状2PSD应用举例3总结4总结PSD是一种新型的光位置传感器，它的主要特点在于位置分辨率高、实时性强、后续处理电路结构简单。同时，PSD器件在位移测量、三维运动测量、微小角度测量、平行度测量中显示了广阔的应用前景，可以广泛应用物体厚度、物体起伏、液位、段差、旋转盘台面垂直振摆的测量，以及人体运动研究、交通事故分析与机器人动态准确度测量等方面。LOGO