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1、唐唐 山山 学学 院院毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： 基于 PSD 的在线测厚系统 系 别：_专 业：_姓 名：_指 导 教 师：_辅 导 教 师：_2 0 1 0 年3 月2 5 日安久伏安久伏吴利召测控技术与仪器机电工程系题目类型（打选择）设计（）论文（ ）一、文献综述PSD 是上世纪 70 年代研制成功的一种新型位置传感器，是一种新型的能在其感光表面连续移动光点位置的光电传感器，具有很高的几何分辨率，可以对位移进行精确的非接触测量1。PSD 具有频谱响应宽、响应速度快、信号处理简单、便于与微机接口、可以进行非接触测量等优点，在精密尺寸测量、三维空间位置
2、、机器人定位系统、工业检测和监控、高能物理实验等领域，具有广泛的应用价值2。该系统实现距离不小于 10 m 的远距离非接触测量， PSD 传感器是系统的核心，控制系统采集 PSD 的输出信号对其进行运算处理后把数据打包通过 RS-485 接口传给上位机，位移值在上位机界面上显示出来3。PSD 是一种独特的半导体光电器件，它的 PN 结结构、工作状态、光电转换原理等与普通光电二极管类似，但它的工作原理与普通光电二极管完全不同，后者基于 PN 结或肖特基结的纵向光电效应，二极管通过光电流的大小反映入射光的强弱。而 PSD 不仅是光电转换器，更重要的是光电流的分配器，通过合理设置分流层和收集电流的电
3、极，根据各电极上收集到的电流的比例确定入射光的位置4 5。PSD 器件可分为线性(一维)PSD 和面型(二维)PSD，前者可以测定光点的一维位置坐标，后者可以测定光点在二维平面上的位置坐标6。实用的一维 PSD 器件由 P 表面层、N 表面层和 I 中间结构层构成，其中 P 层是一个均匀的阻抗层。PSD 表面 P 层为感光面，两边各有一信号输出电极。底层的公共电极可用来加反偏电压。当入射光点照射到 PSD 光敏面上某一点时，假设产生总的光生电流为 I0，由于在入射光点与信号电极之间存在横向电动势，若在 2 个信号电极上接上负载电阻，光电流将分别流向 2 个信号电极，从而在信号电极上分别得到光电
4、流 I1和 I2。显然，I1和 I2之和等于总的光电流 I0，而 I1和 I2的分流关系取决于入射光点位置到 2 个信号电极间的等效电阻 R1和 R27 8。PSD 在位置检测中具有特色，这是其他光电检测元件无法比拟的，特别是它的高分辨率以及位置检测与光斑的强度、分布、对称性和尺寸无关这一特点，在位置监测领域显示了极其广阔的应用前景9。光电位移传感器 PSD 是非接触式光学测量系统，此传感器包括三个重要部分:光源(激光器)、光靶 PSD 器件、信号检测和处理电路。在测量中，以激光发生的平行光与被测件某位置的光束为测量基准，电极电流反映的位置是入射光以光强为权重的等效中心，而且认为光点的大小和形
5、状对输出模拟信号的影响很小。常用的测量方法有两种:将光靶固定在被测件表面，移动光靶 PSD 或移动激光光源，使两者之间产生相对移动，从而使激光光束照射到 PSD 感光面的位置发生变化，PSD 电极则输出与位移量成正比的电流信号，完成位置检测 10 11 12。在线测量技术不仅可以降低消耗、减少成本、增加产量、提高效益，而且还可以保证产品质量、提高产品竞争力，研究了激光在线位移厚度测量仪的原理和硬件组成，同时开发了软件系统，该激光测量仪能够实时测量连续运动的物体厚度，并将结果在屏幕上显示13 14。厚度检测采用了半导体激光器 ID和一维 PSD 器件，具有响应速度快、位置分辨率高、信号检测方便、
6、价格便宜等特点15。二、设计（论文）主要内容设计一个基于 PSD 的坐标测量系统，实现对球坐标中角度组成部分的实时测量与显示。系统包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计部分采用单片机为核心控制芯片，包括测量模块、A/D 转换模块、信号处理模块与输出显示模块，软件设计部分包括位置信息采集与处理、单片机外围接口子程序等。具体内容包括：单片机的选型及其外围接口电路、数据处理程序编写等。三、设计（研究）方案系统设计框图1.单片机。首先进行零厚度参考点的确定；其次通过信号的处理，与存储的零厚度参考值进行比较，得到缠绕在芯模上的缠绕制品的厚度值。2.测量系统。对由脉冲信号定位的测量点进行位移测量，并且将测
7、量值传递给单片机处理模块。3.显示系统。采用 16x2 的液晶模块对得到的厚度值进行实时显示。4.键盘输入系统。由操作人员通过键盘对系统进行设定。5.报警系统。当测量的厚度值达到预定厚度时触发声光报警信号。6.定位测量脉冲信号。将触发器信号传递给单片机处理模块。四、工作进度安排第一阶段 第 3-4 周 查阅、收集相关资料，写出开题报告。第二阶段 第 5-6 周 确定系统总体方案。第三阶段 第 7-8 周 硬件系统设计，包括元器件的选择和电路设计。第四阶段 第 9-10 周 绘制硬件电路图，包括单元电路图和整体电路图。第五阶段 第 11-12 周 编写系统软件程序，并调试。第六阶段 第 13-1
8、4 周 应用仿真软件对设计系统进行仿真。第七阶段 第 15-16 周 撰写毕业设计论文。第八阶段 第 17 周 准备毕业答辩。显示系统单片机测量系统键盘输入系统定位测量脉冲信号报警系统五、主要参考文献1 梁凤超，续志军，胡君等.基于 PSD 的微位移传感器.传感器与微系统, 2007(03): 85-872 基于 PSD 的位置测量系统-科技情报开发与经济2007 年 02 期.3 黄梅珍.位置敏感探测器的研究.博士学位论文，20014 郑义忠，电容式传感器原理及应用，天津：天津大学出版社，19865 Hausler Gerd, Schneider Gerhard. Testing optic
9、s by ex-perimental ray tracing with a lateral effect photodiodeJ. Applied Optics, 1988, 27(24): 160164.6 万树平.多传感器数据的 Fisher 判别法 J.传感器与微系统, 2006, 25(8): 61-63 7 张雄伟，DSP 芯片原理与开发应用，电子工业出版社，2005 年 5 月，第 34-57 页。.8 OdebergH.Distancemeasures for fuzzy sensor opinionsJ.Mea-surementScience and Technology,19
10、93,4(8):808-815.9 吴剑锋，王文，陈子辰.激光三角法测量误差分析与精度提高研究.机电工程, 2003 (05):124:12510 李继陶，苏显渝，向立群. 激光三角法距离传感. 光电工程，1997.4（2）：69-7211 庄葆华等.激光三角位移计接收光功率与被测表面倾斜的关系及倾斜角测量，中国激光，第 22卷第 8 期 1995 年12 刘劲松等.PSD 不同位置取向时激光三角位移计的分辨率与测量范围，光学仪器，第 18 卷第 4期 1996 年13 解则晓，张宏君，张国雄.影响激光三角测头测量精度的因素及其补偿措施.现代计量测试，1999，(l):23 一 2614 马廷锋单片式电容传感器及动态测厚技术的研究：硕士学位论文，天津：河北工业大学，200315 中华人民共和国国家标准，GB/T 6672-86 塑料薄膜和薄片厚度测定机械测量法S，北京：中国标准出版社，1986六、指导教师意见签字：年 月 日 七、系毕业设计（ 论文）工作领导小组意见 签字：年 月 日说明：文献综述栏目字数本科生不少于 1000 字，专科生不少于 500 字。
