摘要：介紹一種采用單片機(jī)修正二維枕形位置敏感探測器（PSD）非線性失真的方法。采用集成運(yùn)算電路計(jì)算光斑在PSD光敏面上的位置參數(shù)，通過單片機(jī)編程方法完成信號非線性失真的修正處理，并通過單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)帶動載物臺移動，實(shí)現(xiàn)對所觀察物體的定位。

關(guān)鍵詞：位置敏感探測器；單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；非線性修正

中圖分類號：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 21-0000-02

枕形PSD器件的輸出存在一定的非線性失真，而在PSD器件的應(yīng)用中，需要對其輸出進(jìn)行非線性修正。針對輸出PSD信號修正方法多數(shù)是在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的，雖然修正精度較高，但不便于移動應(yīng)用。采用單片機(jī)對PSD輸出信號進(jìn)行處理可以提高移動應(yīng)用性，但未提出對其信號的非線性進(jìn)行修正。本文提出一種基于單片機(jī)的PSD信號處理方法，并采用雙一次插值方法對枕形PSD信號進(jìn)行非線性修正，提高測量的精確性。采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，用戶通過按鍵指令實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的移動控制。

1 非線性修正控制設(shè)計(jì)

本文在單片機(jī)中采用模塊化設(shè)計(jì)的方法。實(shí)現(xiàn)對枕形PSD器件的失真進(jìn)行修正，并實(shí)現(xiàn)精確定位。主要有PSD信號的非線性修正模塊和控制步進(jìn)電機(jī)模塊。

1.1 非線性修正算法。由于PSD的輸出信號是存在枕形失真的，為了得到實(shí)際的位置坐標(biāo)，就必須對位置信號進(jìn)行非線性修正處理。目前，常用PSD信號的修正方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和線性插值法。要實(shí)現(xiàn)兩種算法都必須先建立采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)越多，采用這兩種算法計(jì)算后得出的信號坐標(biāo)線性度越好，信號非線性修正精確度也就越高。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是基于大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)而發(fā)展出的一種數(shù)學(xué)模型，其計(jì)算方法比插值法復(fù)雜，通常在計(jì)算機(jī)中采用計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，但由于單片機(jī)的內(nèi)存比計(jì)算機(jī)要小得多，因此在單片中不易實(shí)現(xiàn)此計(jì)算方法。

插值法通常分為線性插值算法、雙一次插值法和雙二次插值算法。采樣點(diǎn)相同的情況下，線性插值算法最簡單，雙二次插值算法最復(fù)雜，因此，得出的位置線性度最差的線性插值算法，最好的是雙二次插值算法。文獻(xiàn)[4]中采用線性插值法對四邊形PSD進(jìn)行了修正。為了提高非線性修正的精確度，又考慮到雙二次插值算法比較復(fù)雜不易在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)，本文在單片機(jī)中采用雙一次插值算法對PSD的非線性信號進(jìn)行修正。

1.2 雙一次插值法。以下先介紹本文采用雙一次插值算法修正非線性度的原理和過程。將枕形PSD沿著邊線方向分別設(shè)為X，Y方向，在X方向上和在Y方向上，PSD存在非線性誤差相互獨(dú)立。因此在PSD光敏面上的每一點(diǎn)（x，y）都對應(yīng)有X方向上位置誤差函數(shù)Ex（x，y）和以及Y方向上的位置誤差函數(shù)Ey（x，y）。由于Ey（x，y）與Ex（x，y）的求解過程相同，本文中只以Ex（x，y）為例進(jìn)行說明。