位置敏感傳感器(position sensitive detector，PSD)廣泛應用于光學位置、角度的測量與控制、工業自動化生產、遠程光學控制系統、微電子生產中的各類檢測和監控、位移和振動監測等。在PSD的眾多應用領域中，應用最為廣泛的就是位移測量。本文通過光學三角測量的方法將測量物理位移信號轉換成PSD能夠測量的位移信號，然后利用PSD工作原理將位移信號轉換成電流信號，通過后續電路將電流信號轉換成電壓信號，經過放大、濾波、A／D處理后交由計算機對采集得到的電壓(V)和位移(S)信號進行處理。為準確反映該PSD的微位移傳感器系統的V-S間關系，實現精確測量，需要擬合出一條曲線盡可能逼近PSD的微位移傳感器實際的輸入、輸出特性。文中采用MATLAB語言，運用矩陣運算，由實驗測得數據采用分段擬合的方法建立了PSD的微位移傳感器V-S間的數學模型，對于PSD的微位移傳感器實際的非線性特性進行擬合，逼近得出最佳關系曲線。

1 基于PSD的微位移傳感器測量原理分析
1．1 PSD的工作原理
PSD分為一維PSD和二維PSD。一維PSD大致分為P-I-N 3層。一維PSD截面如圖1所示。表面P層為感光面，從P層兩側分別引出一個電極，作為輸出。中間的I層為電離層。底面N層的引出一個電極，作為公共端并施加反偏電壓。PSD的光敏層接受入射光照射時，在相應的入射位置上所產生的電荷與光能成正比例關系，電荷定向移動形成光電流由P層兩個輸出電極輸出。2個電極輸出的電流大小都與入射光點位置到各電極之間距離有關，若感光面電阻是均勻分布的，距離越大，光電流越?。环粗?，則越大。

PSD的等效電路如圖2所示，設電極1和電極2的距離為L，電極1和電極2輸出的光電流分別為I1和I2，則電極3上的電流為總電流I0，并且IL=I1+I2。若以PSD的中心點位置作為原點，光點離中心點的距離為X。對一維PSD，如果負載電阻與面電阻相比很小，則有式(1)關系：

由式(1)可以看出光點坐標X僅和兩極輸出電流有關，而和入射光點強度無關，因此，若可以通過實驗測量獲得參數I1和I2的數值，光點坐標X就是可求的。

1．2 光學三角法構成的位移尺寸傳感器
PSD進行位移測試時經常采用光學三角測量法。具體過程為：當激光束入射到被測試件表面時，會形成漫反射光斑，將其作為信號，利用透鏡成像原理將收集到的漫反射光會聚到焦平面的光接收器上形成像點。當入射光斑隨被測物面移動時，像點在光接收器上面做相應移動，根據像移大小和系統結構參數可以確定被測物面的位移量?；赑SD的微位移傳感器測試原理由圖3所示。

由于直接從電極輸出的是微安級的光電流變化，并且負載電阻應該盡可能小，因此需要合適的信號調理電路對PSD的輸出信號進行處理和運算才能得到位置坐標。本系統的PSD信號調理電路主要由前置放大器、加法器、減法器、除法器等構成。其中包含4個高精度運算放大器。兩個作為前置放大運算放大器，將電流信號轉換成電壓信號進行放大，放大倍數取決于反饋電阻阻值。本系統在調試時為了提高測量精確度采用了精確阻值的電阻。另外兩個高精度運算放大器分別作為加法器和減法器，為了實現精確測量，盡可能避免軟件方法實現的除法器在兩路數據采集過程中難以真正實時同步的缺點，本系統采用高精度模擬除法器實現除法運算功能。由于加法器、減法器、除法器的輸出具有一定的電壓波動，所以系統還加入了濾波器。用數據采集卡PCL-818HD采集高精度模擬除法器的輸出電壓并實現A／D轉換，通過編程實現轉換結果和PC機中的MATLAB數據連接，通過調用自行編寫的建模程序實現對基于PSD的微位移傳感器的建模，即在傳感器系統中，電壓大小與光點位置和原點之間的距離近似成線性比例關系。