盧珺

摘 要：微位移測量系統(tǒng)主要在對物體進(jìn)行跟蹤操作中有廣泛應(yīng)用，為了可以提高激光跟蹤設(shè)備的跟蹤速度和精準(zhǔn)度，就需對設(shè)備性能進(jìn)行改善。按照測量光斑在PSD上的坐標(biāo)可以對測量系統(tǒng)進(jìn)行整改優(yōu)化，并設(shè)計出了一種由PSD傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字信號處理器所組合而成的高質(zhì)量微位移測量系統(tǒng)。本文就對該本文就對基于PSD的微位移測量系統(tǒng)進(jìn)行分析，供參考。

關(guān)鍵詞：PSD;微位移測量;系統(tǒng)

引言：激光跟蹤設(shè)備是在精準(zhǔn)測量和激光干涉測量的基礎(chǔ)上所研發(fā)出來的一種測量系統(tǒng)，在實際的運行中，通過測量光束照射在目標(biāo)上，再經(jīng)反射折回到跟蹤設(shè)備上來實現(xiàn)運行。當(dāng)目標(biāo)移動的時候，跟棕設(shè)備也會對光束進(jìn)行調(diào)整，從而再次對準(zhǔn)目標(biāo)。在這個過程中，設(shè)備是否可以對目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤，和設(shè)備的速度和精度有著密切聯(lián)系。跟蹤控制系統(tǒng)是則是將PSD作為檢測單元，按照檢測單元的目標(biāo)脫離信息來進(jìn)行有效的跟蹤，PSD在我國已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用和研究。

1.相關(guān)關(guān)鍵器件的選擇

1.1PSD選擇

PSD是一種非分割型的光電二極管，PSD一般是由三個層次組合而成的的，第一層是感光面，這一層次主要是輸出電極;第二個層次是對轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行提取;另外一個層次是公共電極，主要用于加反偏電壓，兩個電極之間會夾雜一個負(fù)載電阻。當(dāng)光束照映射在光敏面某一個點的時候，就會有電流進(jìn)入感光面的電阻中，并從感光面的四個電極中輸出不同的光電流坐標(biāo)。[1]一般，都會將坐標(biāo)的核心點選在PSD的幾何中心上，按照輸出的光電流來選擇光斑坐標(biāo)。

1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇

為了可以準(zhǔn)確的對光斑移動位置信息進(jìn)行獲取，就需要在使用PSP的同時選擇適合的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要滿足速度快、效率高的要求，并且，為了確保A/D轉(zhuǎn)換的快速完成，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換率必須要比采樣的速度快。所以，本文在綜合考慮的前提下，選擇考慮ADS8556作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS8556模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度可以達(dá)到630千次每秒，轉(zhuǎn)換的時間只需要1.2六微秒，轉(zhuǎn)換的效率大約為793千次每秒，要比采樣速度和效率高，完全可以滿足微位移測量系統(tǒng)要求。[2]在該模轉(zhuǎn)換器中一共有六個十六位轉(zhuǎn)換器和三個通道組，在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，可以借助十六位并行接口對數(shù)據(jù)加以輸出。

1.3數(shù)字信號處理器選擇

本文使用的數(shù)字信號處理器是TMS320F28335，該數(shù)字信號處理器具有更好的數(shù)據(jù)處理能力，也可以對光斑坐標(biāo)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的獲取。F28335是基于c/c++高效DSP內(nèi)部核心以及浮點處理內(nèi)核，可以直接實施浮點計算，并且，TMS320F28335數(shù)字信號處理器也是F28335的核心。F28335是使用的哈佛總線結(jié)構(gòu)，并有多條總線對外部設(shè)備和儲存器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此，最終的數(shù)據(jù)處理效果更符合系統(tǒng)運行要求。[3]除此之外，F(xiàn)28335數(shù)字信號處理器的工作頻率可以達(dá)到一百五十兆赫，完全可以推動微位移測量系統(tǒng)的高效運作。

2.基于PSD的微位移測量系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1整體設(shè)計

微位移測量系統(tǒng)主要是由五個部分組成的，即PSD信號處理單元、A/D信號處理單元、ADS8556模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、TMS320F28335f2數(shù)字信號處理器單元以及上位機(jī)五個部分。

2.2PSD信號處理單元具體設(shè)計

為了確保信號處理單元的精準(zhǔn)度，在設(shè)計時需要選擇輸入阻抗較大且噪音比較小的AD5897，因為PSD信號處理單元輸出的主要是電流信號，所以就需要先實現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換。設(shè)計人員還需要在反饋電阻中實現(xiàn)電容的并聯(lián)，該操作可以有效的減少噪音出現(xiàn)，還可以對相位加以補(bǔ)償，預(yù)防出現(xiàn)自激振動等情況，也大大提高了電路運行的可靠性。當(dāng)信號電流在進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換之后，會進(jìn)入到二階低通濾電路中，從而降低噪聲干擾性，如果PSD信號處理單元輸出的信號不強(qiáng)，那么設(shè)計人員就可以使用二級放大電路，并將整體穩(wěn)定性加以提升。[4]

2.3A/D信號處理單元具體設(shè)計

在微位移測量系統(tǒng)運行中，信號從PSD信號處理單元輸出之后就會進(jìn)入到A/D信號處理單元中來。在對該單元進(jìn)行設(shè)計的時候，設(shè)計人員要考慮到阻抗匹配和精準(zhǔn)度等的問題，在信號進(jìn)入到A/D信號處理單元之前，設(shè)計人員就應(yīng)先添加進(jìn)前置信號處理電路。A/D前置信號處理單元包含了電壓追隨設(shè)備和二階低通濾波器。為了確保所得到的這兩種設(shè)備性能都是良好的，就需要選擇噪聲比較小且功耗比較低的放大器，在經(jīng)過前置信號單元的時候才可以得到獲取到符合ADS8556模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號數(shù)據(jù)。

2.4ADS8556單元和TMS320F28335f2單元具體設(shè)計

在微位移測量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程當(dāng)中，為了可以減少i/o口數(shù)量，就需要動態(tài)的進(jìn)行設(shè)計，在本文的設(shè)計中，主要是使用的F28335外部接口來實現(xiàn)ADS8556控制功能的。[5]F28335屬于異步總線接口，有著32位數(shù)據(jù)總線和20位地址總線，XINTF可以映射三個穩(wěn)定的儲存位置，各個位置都有一個對應(yīng)的片選信號，通過對XINTF寄存器進(jìn)行配置，就可以對各個位置上的時間加以確定。ADS8556模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元的設(shè)計必須要滿足同時轉(zhuǎn)換的要求，這一要求主要是為了確保轉(zhuǎn)換的同步性。把A通道組和B通道組的轉(zhuǎn)換命令引腳和DSP端口進(jìn)行連接，因為ADS8556并沒有選擇端口，所以就只需要在映射位置上輸入對應(yīng)的訪問就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取了。待全部的轉(zhuǎn)換工作完成以后，設(shè)計人員在使用中斷法對轉(zhuǎn)換結(jié)果加以提取。

3.基于PSD的微位移測量系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于PSD的微位移測量系統(tǒng)軟件設(shè)計，設(shè)計人員要先進(jìn)行先將ADS8556初始化，從而給后續(xù)的信號收集和轉(zhuǎn)換工作奠定基礎(chǔ)，在ADS8556映射區(qū)域中啟動A/D轉(zhuǎn)換器，并在轉(zhuǎn)換的過程中讓BUSY長期保持高電平狀態(tài)。待轉(zhuǎn)換完成之后，BUSY引腳再將低脈沖輸出，可以把引腳輸出的脈沖當(dāng)成是外部中斷觸發(fā)信號。在中斷服務(wù)程序當(dāng)中，F(xiàn)28335對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行提取。

結(jié)束語：基于PSD的微位移測量系統(tǒng)硬件包含了PSD信號處理單元、A/D信號處理單元、ADS8556模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元、TMS320F28335f2數(shù)字信號處理器單元以及上位機(jī)五部分。在軟件設(shè)計上，也需按照對應(yīng)的程序來進(jìn)行，從而在整體上提高微位移測量系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]程意，董登峰，周維虎，盧榮勝，林心龍.基于PSD的微位移測量系統(tǒng)研究[J].電子設(shè)計工程，2015，23（07）：7-11.

[2]王帥帥，祝連慶，周維虎，董登峰，周培松.基于PSD的微位移測量系統(tǒng)研究[J].電子科技，2014，27（06）：180-183.

[3]汪濤，唐清清，劉江，汪雨寒.PSD微位移測量系統(tǒng)的設(shè)計與驗證[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2014，27（04）：472-476.

[4]蔣麗雁，李立群.基于PSD的激光微位移測量系統(tǒng)[J].工具技術(shù)，2013，47（04）：70-72.

[5]宋殿友. 精密PSD微位移在線測量技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2012.