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近红外光系统可以有效实现短范围或者长范围内位置的测量。其中一个实例的位置探测器(PSD),它用于精确位置感测及照相机或摄像机的自动对焦。位置测量模块是有源的:它由发光二极管LED和光敏PSD构成,LED为目标物提供照明。

物体位置通过应用三角测量原理来确定。如下图: 什么是线性光学传感器?——值得收藏

从上图a我们可以看到,近红外LED通过瞄准透镜,产生一个窄角光束(约小于2°),该光束是一个0.7ms宽的脉冲,到达物体后,光束被反射回PSD,接收低强度光信号被聚焦到PSD的敏感元件表面。PSD不是一个数字装置,而是一个线性传感器,其探测分辨率可以无穷小,PSD产生输出电流IA和IB,该电流值与其表面光点到中心的距离x成比例。

接收光束的强度很大程度上取决于物体的反射特性,近红外光谱范围内的漫反射率与可见光范围内的漫反射率很接近,因此反射到PSD的光强会有很大的变化,不过,测量精度与接受光强关系不大。

PSD的工作原理是光电效应。它利用了硅光敏二极管的表面阻抗,与具有集成多元光敏二极管阵列的MOS及CCD传感器不同,PSD敏感区域是连续的,当光点达敏感表面时,可以得到一维或者二维位置信号。传感器由一块具有两层(分别是p型和N型)的高电阻硅制成,如图b所示,一维传感器的顶层有两个电极A和B,为P型电阻提供电接点。电极C是公共电极,置于底层中心。光点效应发生在上层PN结,上层两个电极之间的距离是D,它们之间的电阻是Rd,假设有光束入射到上表面,且入射点与电极A的距离是X,那么入射点与电极A之间的阻抗是RX,光束产生的光电流I0大小与光强成正比,该电流将一与电阻相对应比例流向传感器的两个输出端A和B,因此,入射点与电极之间的距离的比例也是如此,公式如下: 什么是线性光学传感器?——值得收藏1 如果阻抗与距离是线性关系,则阻抗值可以由响应的距离代替 什么是线性光学传感器?——值得收藏2 为了消除对光流(和光强)的依赖关系,可以采用信号处理比例测量技术,得到电流的比值如下 什么是线性光学传感器?——值得收藏3 其中,X可以改写为以下式: 什么是线性光学传感器?——值得收藏4 我们看下图 什么是线性光学传感器?——值得收藏5 基于三角测量原理的PSD可用于工业光学位移传感器中,其中PSD用于测量几厘米工作距离的小位移。此类传感器非常适用于某些设备高度的生产线测量(如印制电路板检验,液位或固体料面控制,激光桶高度控制等)旋转物体的偏心距测量,厚度和精确位移测量及探测目标(如药瓶盖)是否存在等等。

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