为解决位置敏感器件(PSD)提取光斑位置信息的不准确性, 克服元器件、信号处理电路等带来的随机噪声干扰, 本文提出了一种基于极限学习机(ELM)的反馈堆叠模型(FsELM)。该模型使用ELM作为基本训练块, 以单层预测结果与目标真值的偏差作为依据对输入数据进行更新, 并进行循环训练, 形成反馈堆叠的结构, 从而实现PSD信号有效信息的深度提取。同时设计进行了基于一维PSD的激光三角位移检测实验验证算法的性能, 比较了传统滤波算法、经典学习算法、ELM及其变体和本文提出的FsELM方法对数据的处理效果。实验结果表明: FsELM预测精度明显优于其他处理方法, 预测结果均方误差可达1.4×10-5, 预测精度为0.78%; 除ELM等单次训练结构外, FsELM模型的运算速度比其他处理方法更快。该结果证明了FsELM在应对随机噪声干扰的优异性能, 以及不确定环境下突出的预测能力。

为解决基于位置敏感器件(PSD)的激光三角位移传感器在复杂光电噪声干扰下的精密标定问题,提出一种多元自适应卡尔曼滤波(MAKF)与非均匀B样条曲线拟合的联合标定方法。通过分析测量原理和计算方法,对位移传感器的非线性特性进行了详细说明,进而提出应用曲线拟合的方法进行非线性标定。针对曲线拟合的特点,设计了一种多元自适应卡尔曼预处理算法用于滤除光电噪声干扰;通过非均匀的节点矢量划分,构建了B样条曲线拟合模型,进一步提高了标定系统的精度。在实际工况下进行了标定实验,实验结果表明,该曲线拟合标定方法能够完成激光位移传感器的高精度标定,其定位精度为0.7%,平均测量误差可达0.012 mm,标定均方误差约为2.12×10 -5 mm 2。

位置敏感器件(PSD)具有受光照影响小、数据处理简单的特点，在视觉位姿测量方面具有很大优势。但受PSD传感器自身非线性的影响，其畸变复杂，PSD传感器的标定成为其应用的关键。针对PSD相机和红外发光二极管(LED)光源组成的PSD视觉测量系统，提出了一种PSD相机标定方法。该方法采用多项式模型表征PSD相机畸变，结合传统的针孔成像模型共同构成PSD相机成像模型；利用非线性优化标定相机模型参数；设计了专用的红外LED标定板，实现了PSD视觉测量系统的标定。实验结果表明：该方法对PSD相机的标定精度较高，利用该标定结果进行位姿测量的精度较高，速度较快，可以满足高精度光学测量的需求。

光电非接触式测量方法对实现微位移测量具有重要意义，位置敏感器件(PSD)是实现光斑位置探测的传感器件，其探测精度以及基于该器件的数据处理方法直接影响位置测量精度。依据PSD各电极输出的光电流大小反比于入射光位置到各电极之间距离的工作原理，设计了二维激光位置检测系统方案。为了提高PSD输出微弱电流信号的稳定性和位置探测精度，重点研究了信号调理电路设计、参数匹配、滤波方法与实时并行计算方法。实验结果表明：在±2 mm方形区域内，基于PSD所设计的探测系统单点稳定性精度优于2 μm，能够满足依托项目中激光跟踪仪对空间目标准确定位的要求以及基于激光位置检测的高精度实时微位移测量相关应用的需求。

阐述了半导体光电位置敏感器件双层结构、特点, 在此基础上, 利用三层前置反馈网络对光电位置敏感器件的空间非线性以及畸变产生的机理进行了分析, 尤其是对在位置敏感器件边缘的非线性作了分析研究; 提出了一种适于位置敏感器件的敏感前置放大器电路和产生双极脉冲的分光滤波器; 通过实验模拟, 验证了上述理论和方法的正确性, 并对双层结构的位置敏感器件在精密探测中的应用作了展望。

为了提高半导体激光器位置敏感器件(LD-PSD)激光三角法测距、测厚系统的测量精度，对半导体激光器的光斑质量进行了研究。用不同功率的半导体激光器做静态测距实验，结果表明，在长时间连续测量中，激光光斑重心的漂移增大了系统的测量误差。光斑重心漂移主要是由光斑的高频噪声和光斑整体偏移造成的。针对这两方面因素设计了基于针孔滤波和棱镜分束的能够提高激光光斑质量的光学系统，并用CODEV软件进行了优化与仿真。将所设计的光学系统加入到测距仪中重新进行静态测距实验，结果表明，改善后的系统精确度由25 μm提高到8 μm，使得基于位置敏感器件的激光三角法测距、测厚系统在长时间连续工作时也能保持较高的测量精度。

以光电位置敏感器件作为接收器件,提出了一种利用双折射光透方法的液体浓度检测系统.该系统主要由半导体激光器、光学系统、位置敏感器件信号调理电路、单片机系统、A/D转换电路和显示电路组成.该检测方法的准确性进行了理论分析和实验仿真,并分析了影响检测结果的主要因素.实验表明,温度漂移和光源强度对本系统的影响非常小.

阐述半导体光电位置敏感器件(PSD)的横向光电效应,改进型2D-PSD的结构、特点、工作原理,在此基础上,提出一种新的电桥理论分析2D-PSD的中心与边缘产生非线性及其误差的原因。采用高精度低温漂高输入阻抗的前置放大器、加法器、减法器、除法器等元器件设计了一种改进型2D-PSD的信号调理电路,用于高精度的激光准直系统中。该信号调理电路将激光束经光学透镜、光阑、滤光器等光学元器件处理的光信号转换为电信号后,送入数据采集系统,利用直线度测评软件直接在计算机上将被测件的直线度测量显示。系统特点是:响应速度快;位置分辨率高;能实时检测等优点。最后给出测量实验结果和几个重要结论。

将位置敏感器件(PSD)和其它元器件相组合,组成了介入式测量装置。通过使测量装置沿管道行进,获得管道内若干个测量点的方位,进而拟合得到地下管线的方位。该探测装置不受地下管线埋藏深度、密集程度和周围环境的影响,适用于内径为80～130 mm、弯曲半径为50～1 000 m的管线。通过探测摆角的实例,得出实际测量值在水平方向上的测量误差为7.45%,竖直方向上的测量误差为1.07%。

简要阐述光电位置敏感器件的特点、工作原理,根据光电位置敏感器件的原理和光电位置方程,分析了背景光与测量精度的关系.在此基础上,利用低峰探测仪的双极性三极管将像素M(i,j)的行与列位线联系起来,用来检测最大光强度的像素,显示出最低输出电压,使位线与其输出电压相对应;采用分布图像的峰值检波器来模拟预处理光电信号,通过数字转换得到图像的重心位置;采用集中平行的模拟计算估算射到感光区的光分布的重心,并通过时钟比较器得到数字化图像.给出了检测位置的二维光电传感器阵列、显示与图像数量的平方根成正比功耗关系式以及几个重要结论.