实验六PSD位置传感器实验

1实验十PSD位置传感器实验[实验目的]了解一维PSD光电位置敏感器件的原理与应用。[实验内容]使用一维PSD测量输出电压与位移的关系。[实验仪器]ZY13OFSens12SB主机箱一台PSD传感器实验模板一个PSD传感器及位移装置一套导线若干[实验原理]PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片。其断面结构如图11-1所示，表面层P为感光面，在其两边各有一信号输入电极，底层的公共电极是用与加反偏电压。当光点入射到PSD表面时，由于横向电势的存在，产生光生电流Io，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上分别得到光电流I1和I2，显然012III。而I1和I2的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。假设PSD表面分流层的阻挡是均匀的，则PSD可简化为图11-2所示的电位器模型，其中1R、2R为入射光点位置到两个输出电极间的等效电阻，显然1R、2R正比于光点到两个输出电极间的距离。入射光I1I2输出电极公共电极PIN输出电极入射光I1I2I1I2R1R2FvRRLRL图11－1图11-2因为1221//()/()IIRRLXLX012III所以可得10(/2)IILXL20(/2)IILXL210(/)XIIIL2当入射光恒定时，0I恒定，则入射光点与PSD中间零位点距离X与21II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。[实验步骤]按图11-3接线，将实验模块的“±15V”和“⊥”插孔与主机箱中的±15V稳压电源和“⊥”分别对应相连，再将实验PSD传感器装置中的半导体激光器的两个插孔与实验模板的激光电源的插孔根据颜色对应连接。实验模板的PSDI2接PSD传感器的蓝色插孔，Vref基准源接PSD传感器的黄色插孔，PSDI1接PSD传感器的红色插孔。将PSD传感器实验模板单元电路连接起来，即1oV与1iV接，2oV与2iV接，4oV与5iV接，6oV与6iV接，将主机箱的电压表接到实验模板的7oV和“⊥”上。PSDI1VrefPSDI2R1R2R8R9R6R7R3R4R5R10RP2R12R16R11R15RP1R14Vo1Vo2Vi2Vi1Vo3Vo4Vi5Vo5-15V+15VVo7Vi6-15V+15VRP1输出幅度调整PSD　传　感　器　实　验　激光电源输出主机箱-15V+15V主机箱电压表+-+5V零点调整RP2图11-3打开主机箱电源，实验模板开始工作。调整升降杆和测微头固定螺母，转动测微头使激光光点能够在PSD受光面上的位置从一端移向另一端，最后将光点定位在PSD受光面上的正中间位置（目测），调节零点调整旋钮，使电压表显示值为0。转动测微头使光点移动到PSD受光面一端，调节输出幅度调整旋钮，使电压表显示值为4V或-4V左右。从PSD一端开始旋转测微头，使光点移动，取△X＝0.5mm，即转动测微头一转。读取电压表显示值，填入表11-1，画出位移-电压特性曲线。表11-1PSD传感器位移值与输出电压值位移量（mm）00.511.522.533.544.5输出电压（V）根据表11-1所列的数据，计算中心量程2mm、3mm、4mm时的非线性误差。如有兴趣，可以做实验原理中在入射光恒定的情况下，0I不变的实验。[实验报告]测量PSD位移传感器位移值与输出电压的关系，填入表中，并画曲线图进行分析。3[实验思考题]试分析一下二维PSD的工作原理。[实验测试点说明](1)“＋15V”、“⊥”、“－15V”为电源引入口，接主机的“＋15V”、“⊥”、“－15V”；(2)“激光器电源输出”为PSD位移装置激光器提供电源；(3)“PSDI1”、“Vref”、“PSDI2”为PSD位移装置的PSD传感器引入端，按顺序连接；(4)“Vo7”、“⊥”为输出电压检测点，接主机箱电压表。