Czujniki PSD i dalmierze triangulacyjne

Czujniki PSD i dalmierze triangulacyjne Bogdan Kreczmer bogdan.kreczmer@pwr.wroc.pl Katedra Cybernetyki i Robotyki Wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej Kurs: Copyright c 2016 Bogdan Kreczmer Niniejszy dokument zawiera materiały do wykładu dotyczącego programowania obiektowego. Jest on udostępniony pod warunkiem wykorzystania wyłącznie do własnych prywatnych potrzeb i może on być kopiowany wyłącznie w całości, razem z niniejszą stroną tytułową. Czujniki PSD i dalmierze triangulacyjne

Niniejsza prezentacja została wykonana przy użyciu systemu składu PDFL A TEX oraz stylu beamer, którego autorem jest Till Tantau. Strona domowa projektu Beamer: http://latex-beamer.sourceforge.net Czujniki PSD i dalmierze triangulacyjne

Spis treści 1 Podstawy działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D 2 Czujniki 1D Czujniki 2D 3

Skąd ta nazwa Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D PSD Position Sensitive Device

Skąd ta nazwa Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D PSD Position Sensitive Device Position Sensitive Detector

Skąd ta nazwa Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D PSD Position Sensitive Device Position Sensitive Detector 1957 J. T. Wallmark użył pierwszy raz tego skrótu w swojej publikacji dotyczącej badań nad efektem fotoelektrycznym.

Typy czujników Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D Czujniki izotropowe Czujniki dyskretne

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D Jako podstawę konstrukcji czujnika wykorzystuje się złącze PIN (ang. P, Intrinsic, N). Środkowa warstwa I nie jest domieszkowana. Tego typu złącze tworzy diodę o małej pojemności złącza.

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D Mała pojemność złącza sprawia, że znajduje ono zastosowanie w układach pracujących w zakresie wysokich częstotliwości. Innym zastosowaniem są szybkie przełączniki lub fotodetektory.

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D Charakterystyka złącza: Dla małych częstotliwości zachowuje się jako zwykła dioda. Dla wyższych częstotliwości pracuje jak rezystor.

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D I 1 = 1 2 (1 2 L x)i 0 I 2 = 1 2 (1 + 2 L x)i 0

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D I 1 = 1 2 (1 2 L x)i 0 I 2 = 1 2 (1 + 2 L x)i 0 I 1 = L 2 x I 2 L + 2 x

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D I 1 = 1 2 (1 2 L x)i 0 I 2 = 1 2 (1 + 2 L x)i 0 I 1 = L 2 x I 2 L + 2 x x = L 2 I 2 I 1 I 2 + I 1

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D I 1 = 1 2 (1 2 L x)i 0 I 2 = 1 2 (1 + 2 L x)i 0 I 1 = L 2 x I 2 L + 2 x x = L 2 I I 0

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D I 1 = 1 2 (1 2 L x)i 0 I 2 = 1 2 (1 + 2 L x)i 0 I 1 = L 2 x I 2 L + 2 x x = η I

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D x = L x 2 (I nw + I sw ) (I ne + I se ) I nw + I ne + I sw + I se

Zasada działania Najważniejsze cechy Czujniki 1D Czujniki 2D x = L x 2 y = L y 2 (I nw + I sw ) (I ne + I se ) I nw + I ne + I sw + I se (I nw + I ne ) (I sw + I se ) I nw + I ne + I sw + I se

Czujniki 1D Czujniki 2D Czujnik firmy Hamamatsu S8673 Zakres czułości: 320nm 1100nm

Czujniki 1D Czujniki 2D Czujnik firmy Hamamatsu S3270 Zakres czułości: 700nm 1100nm

Czujniki 1D Czujniki 2D Czujnik firmy Hamamatsu S5990-01, S5991-01 Zakres czułości: 400nm 1100nm

Czujniki 1D Czujniki 2D Czujnik firmy Hamamatsu S1880, S2044 Zakres czułości: 320nm 1060nm

Jak jest wykonywany pomiar

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x

Jak jest wykonywany pomiar x f Ponieważ = b+ x d d = f (b+ x) x b x

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I d fb η I

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I d fb η I Przyjmijmy, że prąd mierzymy pośrednio poprzez spadek napięcia na pewnej rezystancji R x.

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I d fb η I A więc I = U R x

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I d fb η I A więc I = U R x d fbr x ηu

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I d fb η I A więc I = U R x d fbr x ηu Wprowadźmy oznaczenie stałej ζ = fbrx η.

Jak jest wykonywany pomiar x f = b+ x d d = f (b+ x) x Ponieważ b x d fb x Wiem, że x = η I d fb η I A więc I = U R x d ζ U Wprowadźmy oznaczenie stałej ζ = fbrx η.

Charakterystyka czujnika d = ζ U

Charakterystyka czujnika d = ζ U Charakterystykę czujnika najczęściej przedstawia się w formie: U = ζ d

Charakterystyka czujnika d = ζ U Charakterystykę czujnika najczęściej przedstawia się w formie: U = ζ d Rzeczywista charakterystyka

Charakterystyka czujnika d = ζ U Charakterystykę czujnika najczęściej przedstawia się w formie: U = ζ d Rzeczywista charakterystyka Załamanie charakterystyki z lewej strony jest spowodowane tym, że zbliżając się do obiektu obraz plamki wychodzi poza obręb czujnika PSD.

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia?

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d = dd(u) U du

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d(u) = ζ U d = dd(u) U du

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d(u) = ζ U d = dd(u) U du d = d ζ U U du

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d(u) = ζ U d = dd(u) U du d = d ζ U U = ζ du U 2 U

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d(u) = ζ U d = dd(u) U du d = d ζ U U = ζ du U 2 U = 1 ζ 2 ζ U 2 U

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d(u) = ζ U d = dd(u) U du d = d ζ U U = ζ du U 2 U = 1 ζ 2 ζ U 2 U = d 2 ζ U

Błąd pomiaru odległości Jaka jest zależność błędu pomiaru odległości od błędu pomiaru napięcia? Do aproksymacji wartości błędu można wykorzystać metodę różniczki zupełnej. d(u) = ζ U d = dd(u) U du d = d ζ U U = ζ du U 2 U = 1 ζ 2 ζ U 2 U = d 2 ζ U d d 2

Zależność błędu pomiaru odległości Dla stałego błędu pomiaru napięcia błąd pomiaru odległości jest proporcjonalny do kwadratu tejże odległości. d d 2

Interpretacja graficzna

Zmniejszanie błędu Co zrobić, aby zminiejszyć błąd pomiaru odległości przy tej samej wartości błędu pomiaru napięcia?

Zmniejszanie błędu d = d 2 ζ U

Zmniejszanie błędu ζ = fbrx η d = d 2 ζ U

Zmniejszanie błędu ζ = fbrx η d = d 2 ζ U d 2 b d d 2 b

Czujniki PSD https://acroname.com/articles/sharp-infrared-ranger-comparison

Przykładowe wyniki pomiarów GP2D12 Zasięg pomiaru 10 80 cm G. Soroko. Stanowisko laboratoryjne dalmierza optycznego. Praca dyplomowa magisterska, Politechnika Wrocławska, Październik 2007.

Przykładowe wyniki pomiarów GP2D120 Zasięg pomiaru 4 30 cm G. Soroko. Stanowisko laboratoryjne dalmierza optycznego. Praca dyplomowa magisterska, Politechnika Wrocławska, Październik 2007.

Koniec prezentacji Dziękuję za uwagę Czujniki PSD i dalmierze triangulacyjne