基于PSD技术的定距仪设计与实现

卜令涛

（明达职业技术学院 江苏 射阳 224300）

PSD是一种基于横向光电效应的位置敏感传感器，由于其对光斑位置的敏感达到了微米级水平[1-2]，因此被用于许多科研攻关，但在工业生产行业中却因为它的造价成本高，且微米级的精度也没必要，因此并不普及。基于PSD技术的夏普GP2Y0A21传感器默认的测距分辨率为1mm，在经过本文的电路设计后可以很好的提高其定距分辨率，并在控制成本的前提下达到了工业生产中工程应用的要求。

1 夏普GP2Y0A21传感器简介

其中L为有效光敏面的1/2、X为光照的重心位置、I1和I2分别为PSD两电极的电流。按照这个公式通过电路的设计可以确定光照位置，但这是在理想情况下所得，实际情况是背景光以及半导体的暗电流会对X造成较大的误差[6]。因此许多学者在Lucovusky方程的基础上提出了光信号调制解调法、采样—保持法等手段加以辅助[7]。对于光信号的调制解调法，其方法是利用互相关检测原理，对光信号进行调制和解拟电压的形式，且价格低廉，因此工程测量等方面有很多可以值得挖掘利用的实用前景。

由于GP2Y0A21是基于PSD原理的设计，而PSD的光谱范围很宽[4]，对于PSD来说，这既是它的优点也是它的缺点，优点是它能够适应各种光谱的设计，缺点是容易被周围环境的杂光影响，尤其是背景光；早在上世纪60年Lucovusky利用横向光电效应引导出PSD方程[5]：

夏普GP2Y0A21型距离测量传感器是基于PSD的微距传感器，其有效的测量距离在80 cm以内，有效的测量角度大于40°，输出的信号为模拟电压，在0到8 cm左右的范围内与距离成正比非线性的关系，在10～80 cm的距离范围内成反比非线性关系，平均功耗约为30mA，反应时间约为5ms，并且对背景光及温度的适应性较强[3]。……