基于PSD的三维位置检测新方法
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摘要
PSD(Position Sensitive Detector)是一种新型的半导体光电位置敏感器件。
本文研究了一种应用二维．PSD检测物体三维空间位置的新方法。
本文完成了以下研究工作：
l、深入分析了国内外最新文献资料，对一维PSD和二维PSD的工作原理及
其应用进行了研究。
2、深入研究了基于PSD的位置检测技术，在比较了几种检测方法的基础上，
研究了一种采用二维PSD检测物体三维空间位置的新方法：以被测物体上三个循
环点亮的L,ED为探测目标，通过成像系统将发光点成像于PSD的光敏面上，经
信号处理，将PSD输出的电流信号转换为发光点的位置信号，建立数学模型，计
算得出被测物体的三维位置。
3、对基于上述方法的三维位置检测系统进行了研究，设计了验证性实验系
统，将PSD传感器、PSD信号处理电路、A／D转换卡、计算机、LED点亮控制电
路、电源集成为位置检测实验系统，采用C++Builder5和MatI．ab5．3编制检测软
件(包括数据采集模块、数据处理模块、显示模块等)。设计了实验方案并进行
了实验研究，验证了本文研究的检测方法的正确性，可行性和实用性。
4、对该位置检测系统的误差进行了初步分析，提出了今后改进的方向，为
以后该测量方法和系统的优化和应用提供了参考。
本文为测量被测物体三维位置提供了一种新颖的检测方法和系统。
PSD(position sensitive detector)is a new type semiconductor opt·electronic
position detector．A new 3D position measurement method based on a 2D-PSD has
been researched in this paper．Including：
1、 Analyzing the various position measuring method，the author studied the
principle and application of one-dimension PSD and two-dimension PSD．
2、 Studying the various position measuring method，this paper has put forward a
new project to measure the 3D position，in which the focusing method with a
two·dimension PSD has been used to get the position information．The LEDs
were focalized via the optic system，imaged on the active area of the PSD，and
transformed into electricity signal．After the digital signal has been processed by
the program，the 3D position information was gained．
3、 Studying the position measuring system，establishing the measurement model，
and constructing the position detection system．The position measurement system
includes the following units：the LEDs on the measuring body and the control
circuit，a two-dimension PSD for the LEDs information，the PSD interface circuit
to process the signal，the program for sampling and data processing and a
computer．The control software was programmed with C++Builder 5．0，including
data collection module，data processing module，and data display module．
The elementary experiment has verified the principal and the system．
4、Analyzing of error and amelioration advice has been also presented in this paper．
After betterment，the position detection system Can be used in various fields．
This paper has provided a new proj ect to measure the 3 D position．
本文研究了一种应用二维．PSD检测物体三维空间位置的新方法。
本文完成了以下研究工作：
l、深入分析了国内外最新文献资料，对一维PSD和二维PSD的工作原理及
其应用进行了研究。
2、深入研究了基于PSD的位置检测技术，在比较了几种检测方法的基础上，
研究了一种采用二维PSD检测物体三维空间位置的新方法：以被测物体上三个循
环点亮的L,ED为探测目标，通过成像系统将发光点成像于PSD的光敏面上，经
信号处理，将PSD输出的电流信号转换为发光点的位置信号，建立数学模型，计
算得出被测物体的三维位置。
3、对基于上述方法的三维位置检测系统进行了研究，设计了验证性实验系
统，将PSD传感器、PSD信号处理电路、A／D转换卡、计算机、LED点亮控制电
路、电源集成为位置检测实验系统，采用C++Builder5和MatI．ab5．3编制检测软
件(包括数据采集模块、数据处理模块、显示模块等)。设计了实验方案并进行
了实验研究，验证了本文研究的检测方法的正确性，可行性和实用性。
4、对该位置检测系统的误差进行了初步分析，提出了今后改进的方向，为
以后该测量方法和系统的优化和应用提供了参考。
本文为测量被测物体三维位置提供了一种新颖的检测方法和系统。
PSD(position sensitive detector)is a new type semiconductor opt·electronic
position detector．A new 3D position measurement method based on a 2D-PSD has
been researched in this paper．Including：
1、 Analyzing the various position measuring method，the author studied the
principle and application of one-dimension PSD and two-dimension PSD．
2、 Studying the various position measuring method，this paper has put forward a
new project to measure the 3D position，in which the focusing method with a
two·dimension PSD has been used to get the position information．The LEDs
were focalized via the optic system，imaged on the active area of the PSD，and
transformed into electricity signal．After the digital signal has been processed by
the program，the 3D position information was gained．
3、 Studying the position measuring system，establishing the measurement model，
and constructing the position detection system．The position measurement system
includes the following units：the LEDs on the measuring body and the control
circuit，a two-dimension PSD for the LEDs information，the PSD interface circuit
to process the signal，the program for sampling and data processing and a
computer．The control software was programmed with C++Builder 5．0，including
data collection module，data processing module，and data display module．
The elementary experiment has verified the principal and the system．
4、Analyzing of error and amelioration advice has been also presented in this paper．
After betterment，the position detection system Can be used in various fields．
This paper has provided a new proj ect to measure the 3 D position．
引文
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[3] 苏大图.光学测试技术.北京理工.学出版社
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[5] Ganapathy S.·Decomposition of transformation matrices for robot vision·Proc. Int. Conference on Robotics and Automation·1984·130-139
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[7] 池晓红，朱小平.PSD在形位误差测量中的应用.现代计量检测.1995年第6期.25-26
[8] 陈刚，范天泉，曹学东.PSD测微仪研制.光电工程.1998年12月第25卷增刊.105-107
[9] 稻荷隆彦. 激光在自动化生产线中的应用.国外计量. 1989.1
[10] 朱小平.PSD自准直仪.计量技术.计量技术. 1999.No.4.8-11
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[12] 黄梅珍. 位置敏感探测器的研究.浙江大学博士学位论文.2001.6
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[15] 林华，王晓秋.PSD及其在非接触测量中的应用.激光技术.1998年2月. 第22卷第1期.52-54
[16] 赖万玖.PSD在三维测量中的应用研究.电子科技大学硕士学位论文.2001.1
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[18] Penghui Zhangzhihai.Qinlan.etc.3D Position Measurement of a Wall-climbing Micro Robot. Proceeding of the International Symposium on Precision Mechanical measurements (ISPMM'2002)
[19] 张智海.微小步行爬壁机器人位置测量与控制技术及系统研究.重庆大学硕士毕业论文.2001.4
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[22] 何照才.光学测试系统.国防工业大学出版社1998
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[43] 王广志，丁海曙，丁辉，位置敏感器件（PSD）的杂光干扰研究.清华大学学报（自然科学版）.1997年第37卷.61-64
[44] 袁红星，贺安之，李振华，王志兴.PSD位置特性与光斑及背景的关系研究.东南大学学报.1999年第3期.第29卷第2期.145-149
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[43] 王广志，丁海曙，丁辉，位置敏感器件（PSD）的杂光干扰研究.清华大学学报（自然科学版）.1997年第37卷.61-64
[44] 袁红星，贺安之，李振华，王志兴.PSD位置特性与光斑及背景的关系研究.东南大学学报.1999年第3期.第29卷第2期.145-149
[45] 王彦勋.杂散光对PSD三角位移计的影响分析及消除.计量技术.1999.No.11.7-9
[46] 许忠保，王宝龙，刘力.位置敏感器件PSD抗干扰方法研究.国内科技.第8期.39-40
[47] 姚恩涛，周克印.光电位置探测器的环境光补偿方法的研究.数据采集及处理.1999年3 月. 第14卷第1期.119-121
[48] 王晓东，赵杰，吴威，蔡鹤皋.采用PSD的激光测距传感器的检测及控制电路.传感器技术.1995年5月.36-37
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