[发明专利]亚微米量级的高精度探测系统及位置角度探测方法

说明书

本发明提出了一种亚微米量级的高精度探测系统和位置角度探测方法，主要解决了现有位置和角度探测系统测量精度低、系统体积大、价格昂贵的问题，其包括：光路单元(1)、探测单元(2)和信息处理单元(3)。其中，探测单元(2)使用了两个位置敏感探测芯片同时独立测量位置和角度信息。外部的模拟光源准直通过光路单元到达探测单元，探测单元将获得的电压信息传送到信息处理单元，信息处理单元将计算得到的位置和角度值实时显示在上位机的程序页面上。本发明简化了系统结构，减小了系统体积，提高了检测过程的灵敏性和检测结果的可靠性，适用于对亚微量级的目标探测和干扰检测。

技术领域

本发明属于光电探测领域，特别涉及一种位置敏感探测系统，可用于目标检测。

背景技术

目标检测在信息化高速发展的时代占据重要的地位，对被测物体的距离和方位角的探测技术也逐渐成为人们关注的热点。目前的测量方式主要有接触式和非接触式两种。接触式测量有速度慢、可能损伤被测物件、发生碰撞和由于磨损作用而造成额外的维修保养成本等缺点。相比之下，非接触式测量由于不存在接触力而有测量范围广、速度快、量程大等优点，逐渐成为精密检测技术的主要发展方向。

位置敏感探测器PSD作为一种光电探测器，凭借其自身的高响应度、高分辨率、信号处理简单等特点，在位移测量、三维运动测量、微小角度测量以及平行度测量中显示了广阔的应用前景，在测距系统中被广泛青睐。

相对于其他类型的光电传感器，PSD的主要优点在于它是无盲区的连续性器件，并且在无需额外器件的情况下就可以做成大面积的测量系统。如今，PSD已被广泛应用于需求低成本或高速位置检测的商业和工业应用中，比如非接触式距离测量、激光光束准直和物体的光电跟踪等场合，也应用于精密光学准直方面，比如生物医疗应用、机器人、过程控制和位置信息系统等。

如今，美国、日本、英国等发达国家在PSD研究和制造方面已经具有相当高的水平，其产品性能日臻完善。50年代至80年代主要是注重PSD特性研究和从实验研究转化为产品开发的阶段。因此过去在应用上不如电荷耦合器件CCD器件那样广泛。相比光电二极管阵列和CCD的逐行扫描，PSD忽略了光斑形状细节，直接给出光斑重心位置，高效而快捷。日本松下、瑞典Sitek和美国UDT等开发出了多种规格、能满足不同要求的一维和二维PSD系列产品及相应的处理电路，但价格昂贵。目前，在国内利用PSD探测芯片实现的位置和角度测量系统存在产品体积大、系统复杂、测量精度低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服目前市场上PSD精度低、尺寸大、结构复杂的缺陷，提供一种亚微米量级的高精度探测系统及位置角度探测方法，以较简单的结构获得位置和角度的高精度探测。

为实现上述目的，本发明的系统包括：光路单元、探测单元和信息处理单元，其特征在于：

所述的光路单元，包括透镜、分光棱镜和3个直角棱镜；

所述的探测单元，包括位置探测芯片PSD_B和角度探测芯片PSD_A；

所述分光棱镜和位置探测芯片PSD_B位于透镜的焦平面上，即位于透镜后175mm处，角度探测芯片PSD_A位于透镜之后的83.5mm位置处；

激光经过透镜打在分光棱镜上分成两束，一束反射到位置探测芯片PSD_B，另一束透过分光棱镜到达第一直角棱镜后，再依次全反射到第二直角棱镜和第三直角棱镜，到达角度探测芯片PSD_A。

进一步，信息处理单元包括：

数据采集模块，用于采集位置探测芯片PSD_B和角度探测芯片PSD_A电极上的电压值；

数据处理模块，用于将采集数据模块里采集到的电压值计算得到位置和角度值；