發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 06:18

　　現(xiàn)代橋梁、艦船、飛機(jī)等由于受到溫度、風(fēng)浪、氣壓等外力作用,易發(fā)生微小形變,存在一定的安全隱患。因此,為了確保大型結(jié)構(gòu)或設(shè)備的可靠性及安全性,需要進(jìn)行微小形變的測(cè)量。但隨著光學(xué)技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,形變測(cè)量系統(tǒng)面臨著越來(lái)越高的要求,不僅要具有高精度的性能,還要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)快速化和智能化,并且要保證測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和穩(wěn)定性。這使得傳統(tǒng)的測(cè)量方法如電阻應(yīng)變計(jì)法、千分表法等具有一定的局限性。目前,快速智能的光電檢測(cè)技術(shù)得到了廣泛關(guān)注,但現(xiàn)有的光電測(cè)量常選擇電荷耦合器件作為探測(cè)傳感器,其分辨率受限于本身像素的大小難以提高,響應(yīng)速度也較低。本文設(shè)計(jì)一種基于位置敏感探測(cè)器（Position Sensitive Detector,PSD）的微小形變測(cè)量系統(tǒng),其中PSD是一種基于橫向光電效應(yīng)的半導(dǎo)體器件,具有位置檢測(cè)精度高、響應(yīng)速度快、無(wú)測(cè)量死區(qū)以及對(duì)光學(xué)系統(tǒng)要求較低等優(yōu)勢(shì),可代替其他光敏器件有望克服現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的不足,實(shí)現(xiàn)高精度的微小形變測(cè)量。本文的主要研究工作如下:1.針對(duì)現(xiàn)有微小形變測(cè)量方法的不足,提出基于PSD傳感器成像法的測(cè)量方案。在掌握PSD基本原理及性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上,選定微... 

【文章來(lái)源】：中央民族大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１微小形變測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)??

效應(yīng)。橫向光電效應(yīng)不僅可以有效地檢測(cè)入射光強(qiáng)度，而且還可以用于分析入射光斑的??位置。??！?ｘｂ?；?；??ｈ?！??輸出ｉＸ２１?＾出ｉＸｌ??電極???Ｌ——＿１．．．＝１＾＞｜１｜電極１＼??＇?Ｊ?＇?—Ｐ?層??Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?＾—Ｉ層??Ｉ?￣＼￣ＵＮ?層??公共電極丨??Ｉ?ｉ??Ｎ?Ｎ??１?有效長(zhǎng)度Ｌ?１??圖２－２?ＰＩＮ型橫向光電效應(yīng)原理圖??橫向光電效應(yīng)的電場(chǎng)分布方程式為：??？？ｉｒ?Ｐｄｊｄ＼?ｆｑＵ＼?Ｊ?ＣｄｐｄｄＵ?ｐｄｊｓ??ｖｕ－＾［ｅｘｎｉＰｒ）－１＼－－ｗ＾＾＝￣Ｗｄ?（２－”??其中，ｇ是電子電荷量（１．６＊１（Ｔ１９Ｃ），ｔＭ／（ｘ，ｙ；ｔ）是結(jié)電勢(shì)差（Ｖ），?１４／ｄ是結(jié)區(qū)非耗盡??層Ｐ層的厚度（ｆｉｍ），／ｄ是反向飽和電流密度（（ｉＡ／ｃｍ２），ｐｄ是結(jié)區(qū)電阻率（ｎ＊ｃｍ），?ｒ是熱??力學(xué)溫度（Ｋ），／ｓ是光電流密度（ｎＡ／ｃｍ２），Ｃｒｆ是結(jié)面積的每單位面積電容（ｐＦ／ｃｍ２ｈ?是??玻爾茲曼常數(shù)（１．３８＊１（Ｔ２３Ｊ／Ｋ）。??２．３．２?ＰＳＤ的基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型??由于一維ＰＳＤ只能輸出單方向＿的位移量，對(duì)被測(cè)物有一定的限制，因此本文主要對(duì)’??二維ＰＳＤ進(jìn)行分析，二維ＰＳＤ具有兩對(duì)輸出電極（Ｘ＾?ＸｄＰＹｐ?Ｙ２），按結(jié)構(gòu)分為Ｄｕｏ－??ｌａｔｅｒａｌ和Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａ丨類(lèi)型［１６，１７］。在Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａｌ型ＰＳＤ中，提供了一種具有改善的光敏??區(qū)域和電極的Ｐｉｎ－ｃｕｓｈｉｏｎ型ＰＳＤ［１８］。不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的ＰＳＤ，其內(nèi)部等效電路都略有不??同。??（１）?Ｄｕｏ－ｌ

①?②??④ＣＡＴＨＯＤＥ?（丫２＞?？?＿＿＿?Ｒｐ??？??①ＡＮＯＤＥ?Ｉ￣ｆｖｗｗｗ＾ｗＪ￣Ｉ??”Ｄ：［ｃｊ｜Ｒｓｈ??②?ＡＮＯＤＥ?（Ｘ２）?「了?＊—＾－｜??ｙｒ?Ｉ—ｒ／ｗ＊ｗｖｗ＇／＇／ｗｖ＊ｉ—Ｉ??③ＣＡＴＨＯＤＥ?（Ｙ１）?Ｒｐ?Ａ??Ｃ３）?⑷??圖２－３?Ｄｕｏ－ｌａｔｅｒａｌ型ＰＳＤ的結(jié)構(gòu)及等效電路圖??Ｄｕｏ－ｌａｔｅｒａｌ型ＰＳＤ將圖２－２中的Ｎ層進(jìn)行處理形成電阻層，并在兩面上形成呈直角??排列的兩對(duì)電極，分別為Ｘ電極和Ｙ電極。Ｘ位置信號(hào)從上表面的Ｘ電極中提取，Ｙ位??置信號(hào)從下表面的Ｙ電極中提取，如圖２－３所示。Ｄｕｏ－ｌａｔｅｒａｌ型ＰＳＤ產(chǎn)生的信號(hào)電流是??Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａｌ型的兩倍，因此可獲得更高的位置分辨率。另外，與Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａ丨型相比，??Ｄｕｏ－ｌａｔｅｒａｌ型的電極不緊密靠近，具有極好的位置檢測(cè)特性。??（２）?Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａｌ?型?ＰＳＤ??Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａｌ型ＰＳＤ的結(jié)構(gòu)及等效電路如圖２－４［４９］所示。??①?④??＂■綠②??？ａｎｏｄ＾＾＾＾ＯＤＥ（Ｘ２）?ｌＴＨ??■——〇?⑤?ＣＡＴＨＯＤＥ?Ａ??圖２－４?Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａ丨型ＰＳＤ的結(jié)構(gòu)及等效電路圖??Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａｌ型ＰＳＤ在上表面沿著四個(gè)邊緣形成四個(gè)電極，各個(gè)電極分別提取通過(guò)同??一電阻層輸出的四部分光電流。與Ｄｕｏ－ｌａｔｅｒａ丨型相比，Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａ丨型ＰＳＤ電極之間的相??互作用通常在有源區(qū)域的拐角附近發(fā)生，從而使位置失真變大。但是Ｔｅｔｒａ－ｌａｔｅｒａｌ型具有??易于施加的反向偏置電壓、較小的暗電流以及


本文編號(hào)：2962073