考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能, 讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案。对系统关键部件进行选型, 利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心, 设计了探测光路和信号处理电路。研制了系统样机, 搭建了目标位移量标准测试平台, 对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试。测试结果显示: 采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6 μm, 随机动态跟踪测量速度大于1 m/s。结果表明: 提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题, 可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考。

在简要分析二维位敏探测器工作原理的基础上, 详细介绍了一种大面积枕型二维位敏探测器的结构设计和制作工艺。对器件响应度、暗电流、位置分辨率, 以及位置线性度等性能参数进行了分析。测试结果显示, 器件在峰值波长λp=930nm处的响应度达0.63A/W, 暗电流小于300nA(VR=10V), 位置分辨率小于10μm, 位置非线性度小于5%。

位敏探测器（PSD）技术作为光电技术的重要组成部分，在各学科领域得到广泛应用。随着对PSD系统信号精度的要求越来越高，要求研究出更好的去噪效果的方法。针对PSD系统信号的特性，选择db8、sym8、coif8对含噪的信号进行处理和对比，并通过MATLAB中的小波GUI软件进行数字仿真，并对仿真结果进行比较，从而得出最适合的小波处理方法。通过仿真结果分析表明，小波分析方法可以达到较好的去噪和滤波效果。

作为激光光斑位置探测器，象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨，分析了影响精度的主要噪声源，推导出两者的角位移精度表达式，并通过计算进行了模拟。结果显示，两者的测量精度决定于信号的信噪比，且随作用距离的增加而降低；象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下，象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。

光杠杆微小位移测量是一种非接触式微位移测量技术,在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。针对现行光杠杆测量微小长度变化的分辨率低、精度低、读数装置设计欠妥等问题,采用一种多级放大方法和基于虚拟技术的实时自动采集技术,设计出了基于纳米精度光杠杆与位敏探测器(PSD)传感器的固体材料线胀系数测量装置。该装置通过光学方法对微位移量进行多级放大,大大提高了微小位移的放大倍数。同时,采用PSD传感器和LabVIEW平台进行数据采集和分析,较好地消除了系统中的人为因素对测量精度的影响。实验系统对黄铜、实验用铁、实验用铝和紫铜的重复测量精度分别为7.5,7.2,7.6和8.1 nm。

提出一种基于二维PSD和激光自准直测量原理的三自由度动态角度实时测量系统.介绍激光自准直测量的工作原理,采用一种新颖的标定方法建立测量模型,并进行系统动态和静态测试.结果表明,测量范围为±1°,响应频率为4kHz,静态测试RMS误差为0.35',动态测试RMS误差为0.36'.系统已成功应用于某型号仪器半实物仿真实验中,并取得了满意的结果.

开发了适于测量空间微细管道局部几何性质的传感器及其检测系统.在管道机器人潜入式检测过程中曲率传感器可适应管道的几何形状发生弯曲,同时内部的光路也将发生变化.根据激光束在PSD光敏面上的照射位置和传感器结构参数,确定管道曲率传感器上设立的活动标架沿轴线的转动速率,得到两个相邻活动标架之间的位置关系.结合初始活动标架方位、传感器结构,运用递推算法计算管道中心线局部几何性质参数.实验结果表明,测量相对误差小于4%,适合测量φ10～φ13mm、曲率半径大于100mm的管道几何性质.

介绍了一种应用数控平台对二维位敏探测器 (position sensitive detector ,PSD)器件进行在线测量并用人工神经网对其非线性进行修正的方法.对光斑在二维PSD光敏面上的横向位移,以光斑的二维坐标集合为人工神经网的期望输出,以PSD输出的二维坐标集合为人工神经网的训练样本,对人工神经网络进行训练.利用人工神经网络所具有的非线性映射能力,在训练结束后即可建立PSD输入与输出的近似线性关系.结果表明,修正后的PSD器件可以实现任意输入的实时非线性修正.