位置敏感探测器的发展状况及应用研究_庞亚萍
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２ ＰＳＤ 的应用领域
２．１ 工业检测 ＰＳＤ 在 工 业 检 测 中 主 要 用 于 工 件 的 位 移 测 量 、振 动 测 量 、尺 寸 测 量
和表面状态测量等。由于 ＰＳＤ 响应速度快、位置分辨率 高 ， 由 ＰＳＤ 构 成 的 测 距 仪 或 测 微 仪 可 以 适 用 于 高 速 在 线 检 测 ， 如 在 机 械 加 工 业 、橡 胶 制 品和造纸等行业可以先检测被加工物体的外形尺寸， 钢板、橡胶、纸张等 的 厚 度 及 平 整 度 等 ， 其 他 物 理 量 和 状 态 如 振 动 、偏 心 、间 隙 、冲 程 等 都 可 以由 ＰＳＤ 以各种具体应用方式实现测量［ ３－１０］ 。美国 ＭＴＩ 研制的 Ｍｉｃｒｏｔｒａｋ ７０００ 系列 ＰＳＤ 测距仪以半导体激光为光源， 根据被测物的表 面 反 射 的 情况设计了镜面反射型和漫反射型两种光学头， 分 辨 率 达 ０．００２ ５ μｍ～ ５．０８ μｍ， 广泛应用于工业自动化生产和微电 子 生 产 中 的 各 类 检 测 和 监 控， 如测量工件的长度、厚度、表面形貌、检测纸张的厚度、集成块引脚的 高度、ＰＣ 主板的厚度和弯曲、磁盘驱动器的偏转以及在食品及 饮 料 包 装 中检测填充高度等等。ＰＳＤ 光学测量系统还可以用来检测像巨型轮船推 进器那样的机械部件的对准状况。 ２．２ 汽车雷达避障
日本松田公司和电气公司 １９９３ 年共同研制了一种使用 ＰＳＤ 的汽车 用激光雷达， 其目的是监视汽车前方和探测障碍物。如果以 １２０ ｍ／ｓ 以上 的速度探测前方车辆， 测量精度可以达到 ０．５ ｍ。此激光雷达通过扫描器 的扫描， 利用 ＰＳＤ 测 定 反 射 角 度 。 同 时 还 研 制 了 一 种 装 备 在 汽 车 上 的 ＰＳＤ 路面检测系统， 用于探测路面信息并将信息存储在磁盘［ １１］ 。 ２．３ 土木水利工程
空间飞行器交会对接技术是建立空间站， 实现载人航天飞行等先进 的航天工程技术的前提。ＰＳＤ 光学测量系统可用于飞行器对接过程中测 量飞行器的姿态。１９８５ 年欧空局在其交会对接敏感器的研究报告中首次 提 出 用 于 空 间 应 用 。哈 尔 滨 工 业 大 学 研 制 了 用 于 空 间 飞 行 器 对 接 的 位 置 敏 感 器 近 程 操 作 模 拟 器［ １５］ ， 由 ＰＳＤ 为 核 心 器 件 构 成 的 光 电 传 感 系 统 在 近程内对放置在空间飞行器上的合作目标的位置和姿态进行高精度测 量， 用 ３ 个放置成等边三角形的 ＬＤ 代替合作目标， 采用时间分割光源的 方法， 即通过电调制使 ３ 个 ＬＤ 依次轮流发光， 确保任一时刻仅有一个光 源发光， 从而实现使用一块 ＰＳＤ 进行多个光点位置测量。在空间技术中， ＰＳＤ 被用于三轴转移系统， 该系统用来在悬臂相对航天飞机扭转和偏转 时保持悬挂空间实验舱的方向。 ２．６ 二维微弱光探测
三 峡 大 坝 、清 江 大 坝 、水 口 大 坝 等 重 点 工 程 建 设 中 已 不 再 使 用 多 船
１８３
庞亚萍 位置敏感探测器的发展状况及应用研究
本刊 Ｅ－ ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 综 述
闸式过坝方案， 而是采用过坝式垂直升船机方案， 将使用超过百米长的 承船箱， 重达万吨的承船箱以 ２ ｍ／ｓ 的速度整体升降， 技术难点是箱体表 面的水平测量， 要求箱体表面 ４ 个端角的水平高度差小于 １００ ｍｍ， 否 则 承 船 箱 有 可 能 覆 灭 。采 用 安 装 在 具 有 自 垂 直 的 陀 螺 结 构 上 的 激 光 扫 平 系 统和 ３ 组 ＰＳＤ 组件， 成功地把水平高度差控制在 ４ ｍｍ［ １３］ 。 ２．４ 军事
军事上用电子自动准直系统来调整地面导弹发射系统， 在导弹瞄准 中需要同时测量直线位移和角位移， 以消除高低角的扭转， 实用中由 ＰＳＤ 测距传感系统测量总体位移量， 由电子自动瞄准仪测量角位移， 结 合两者的解算出直线位移［ １４］ 。用类似方法也可以调整潜艇的导弹发射系 统。正在研发中的射击训练仪以二维 ＰＳＤ 为光电接收器件， 红外光源安 置在模拟靶中心， 接收透镜及 ＰＳＤ 固 定 在 模 拟 枪 杆 上 ， 练 习 者 瞄 准 的 状 态与 ＰＳＤ 接收到的光斑位置对应， 结果由计算机显示。 ２．５ 空间航空航天
品规格不多， 没有形成规模生产， 主要原因是国内对 ＰＳＤ 器件的了解和认 识不足， 产品性能还不够完善， 此外， 没有与之相配套的信号处理器供应以 及价格等因素也是制约其发展的重要原因。但近几年来随着 ＰＳＤ 发展迅 速， ＰＳＤ 的应用越来越广泛， 如在角度检测、长度测量、形貌测量等方面。近 年来我国对 ＰＳＤ 的研究报道也越来越多， 如中国计量科学研究院研制了 半导体激光自动测量仪， 哈尔滨科技大学袁峰报道了位置敏感器 ＰＳＤ 应 用系统设计， 袁雅珍报道了位置敏感器 ＰＳＤ 特性及其在三角测量中的应 用， 史建鹏报道了一种新型的位置敏感器 ＰＳＤ 检测元件等。
１９６０ 年 Ｌｕｃｏｖｕｓｋｙ 推导出描述横向光电效应的 Ｌｕｃｏｖｕｓｋｙ 方程， 从而 奠定了 ＰＳＤ 的理论基础。Ａｌｌｅｎ 等研究了用硅材料制作的圆形 ＰＳＤ 的特 性， Ｆｉｅｒｅｔ 等制作并研究了方形结构的 ＰＳＤ， 这个时期制作的 ＰＳＤ 被称为 Ｌｕｃｏｖｕｓｋｙ 型 ＰＳＤ， 其特点是电极设计为点状， 使用时不加偏置， 灵敏度、响 应速度和线性度等都比较差。２０ 世纪 ７０ 年代， 为了提高 ＰＳＤ 的性能， 设计 了四横向结构 ＰＳＤ， 电极设计成条形， 使用时加反向偏压， 各项性能指标均 得到提高， 具有暗流小、易于加反偏的优点， 但由于四条电极设置在同一 面， 电极间相互影响， 非线性仍然较大。ＵＤＴ 开发出了这种结构的产品， 用 于探测可见光， 红外以及高能射线的一维和二维 ＰＳＤ， 主要用于高能物理 实验和测距。许多作者也研究了背景、偏置和负载等对 ＰＳＤ 性能的影响。 为了提高线性度， 后来开发了双面结构 ＰＳＤ， 该结构将收集 ｘ 和 ｙ 方向位 置信息的电极分别设在 ｐ＋ｎ 结的两面， 这样避免了电极间的相互影响， 线 性度提高， 但这种结构存在暗流较大， 不便于加反向偏压。Ｗｏｌｔｒｉｎｇ 分析了 几种二维方形 ＰＳＤ 的解析解。Ｎｏｏｒｌａｇ 用硅平面制作工艺制作了非线 性 ０．５％的双面结构 ＰＳＤ， 使 ＰＳＤ 制作工艺有了突破。其后， Ｇｅａｒ 设计出了枕 形结构的 ＰＳＤ， 这种结构虽有良好的线性度， 但是有效使用面积较小。ＰＳＤ 器 件 自 ２０ 世 纪 ７０ 年 代 研 制 成 功 后 ， １９８５ 年 前 后 日 本 和 美 国 相 继 应 用 ＰＳＤ 研制了各种仪器和装置， 如激光测试微仪等。由于位置敏感探测器器 件 具 有 体 积 小 、灵 敏 度 高 、线 性 范 围 大 、噪 声 低 、分 辨 率 高 、光 谱 响 应 范 围 大、响应速度快、价格低及应用电路简单等优点， 所以广泛用于光电位置测 量、光学遥控、位移和振动的检测和监控、激光准直、方向探测、光学边界判 别、医用器械、形位误差测量、三维位置测量系统以及机器人视觉等方面。
１ ＰＳＤ 的国内外发展状况
早在 １９３０ 年， Ｓｃｈｏｔｔｋｙ 将 Ｃｕ－ Ｃｕ２Ｏ 金属半导体结的 Ｃｕ２Ｏ 表面边缘的 Ａｕ 电极通过安培表短接于 Ｃｕ 层， 发现当用一束光照射 Ｃｕ２Ｏ 表面时， 外电 流随光入射位置与电极之间的距离的增加指数下降， 这是横向光电效应的 首次发现。直到 １９５７ 年 Ｗａｌｌｍａｒｋ 在圆形 Ｇｅ－ ｐ＋ｎ 结上重新发现了这个效 应， 发现当光斑在器件上移动时， ｎ 型层上两个相距 １ ｍｍ 的点电极之间的 电势差与光斑位移成比例， 他用载流子复合理论对此现象进行了解释， 并 提出可以利用此来检测光点位置， 此后才真正开始了对 ＰＳＤ 的研究。
科技情报开发与经济
ＳＣＩ－ ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＆ ＥＣＯＮＯＭＹ
２００６ 年 第 １６ 卷 第 ２４ 期
文章编号： １００５－ ６０３３（ ２００６） ２４－ ０１８３－ ０３
收稿日期： ２００６－ ０７－ １４
位置敏感ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测器的发展状况及应用研究
庞亚萍
（ 中北大学， 山西太原， ０３００５１）
由于 ＰＳＤ 可同时测量位置和入射能量， 使 ＰＳＤ 在高能物理中有独特 的用途。ＰＳＤ 是宇宙射线谱仪的核心组成部分， 用于测量宇宙射线及太阳 射线中的粒子和同位素［ １６－１７］ 。在 ＧＥＯＴＡＬＥ 卫星计划中， 进行的高能粒子 实验目的是测量太空中的重离子成分， 卫星上的粒子望远镜鉴别粒子质 量， 粒子望远镜包括大面积二维 ＰＳＤ 和 Ｌｉ－ ｄｒｉｆｔｅｄ 探测器， 从 ＰＳＤ 输出的 信号经电荷敏感放大器（ ＣＳＡ） ， ＣＳＡ 形成的脉冲反馈到主脉冲形状放大器 （ ＰＳＡ） ， ＰＳＡ 的输出信号送 Ａ／Ｄ 转换器。日本滨松公司开发的二维微弱光 探测器［ １８］ 主要由 ３ 块微通道板和二维 ＰＳＤ 组成， 用于捕捉一个一个光子， 当光子入射探测器在光电阴极转变成电子， 聚焦在微通道板输入面， 再入 射到 ＰＳＤ 上， 由 ＰＳＤ 的输出信号经位置分析仪确定其位置， 系统具有增益 高、响应时间快的特点。将二维微弱光探测器、帧记忆存储器以及监视器等 组合起来（ 称 ＰＬＡＳ 仪器系统） 可用于微弱光二维图像测量。 ２．７ 机器人技术
ＰＳＤ 测试系统的进展主要表现在两个方面： 一是 ＰＳＤ 器件性能的提 高 ： 近 年 来 ＰＳＤ 的 研 究 已 有 进 展 ， 分 辨 率 大 大 提 高 ， 已 有 分 辨 率 高 达 ５ μｍ 的 ＰＳＤ 的研究报道， 线性度和稳定度也有改善。二是计算机技术及新 的信号处理技术的研究与应用： 利用微机或单片机可简化电路设计， 使 系 统 设 计 更 灵 活 ， 且 可 实 现 各 种 非 理 想 因 素（ 如 非 线 性） 的 补 偿 ， 这 样 可 以提高测量精度。高速信号处理器的应用使这种信号处理算法容易实 现， 信号采集速度提高， 可大大提高测量速度。
建筑物在外力作用下会发生各种复杂变形甚至导致建筑物本身受到 损害， 利用激光及 ＰＳＤ 构成的测量装置可以测量结构的多维变形［ １２］ 。ＰＳＤ 测距系统不但可以用于结构抗震实验研究， 测量固有频率和震动周期， 更 有 实 际 意 义 的 是 用 于 监 测 桥 梁 、高 层 建 筑 、塔 架 等 由 地 震 或 其 他 过 载 引起的变形和震动， 作为崩塌的报警装置， 测距可达 ３００ ｍ。
我国于 ２０ 世纪 ８０ 年代末才开始进行这方面的研究工作 ［ １－２］ ， ９０ 年代 电子部 ４４ 所曾研制过 α－ Ｓｉ： Ｈ 一维 ＰＳＤ 和单晶硅双面结构二维 ＰＳＤ， 机 电部 ２１４ 所对一维和枕形结构二维 ＰＳＤ 的设计、制作工艺等进行了研究， 上海技术物理研究所和西南技术物理研究所等单位也曾开展过这方面的 工作， 但极少有文献报道。当时， 这些研究机构有部分 ＰＳＤ 器件供应， 但产
摘 要： 回顾了位置敏感探测器（ ＰＳＤ） 的发展史， 阐述了位置敏感探测器主要涉及的应
用领域， 对位置敏感探测器今后的发展和研究进行了展望。
关键词： 位置敏感探测器（ ＰＳＤ） ； 测量速度； 信号采集
中图分类号： ＴＮ３０３
文献标识码： Ａ
位 置 敏 感 探 测 器（ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ， ＰＳＤ） 的 工 作 机 理 是 半 导 体的横向光电效应， 它对入射光或入射粒子的位置敏感， 具有分辨率高、 响应速度快、信号处理简单等优点， 在检测位置的同时还能检测光强。随 着科学技术的快速发展， ＰＳＤ 应用的范围不断扩大， 研究也不断深入。在 精 密 尺 寸 测 量 、三 维 空 间 位 、高 能 物 理 等 技 术 领 域 及 兵 器 制 导 和 跟 踪 中 具有独到之处和广泛应用。我国的光电子技术与国际差距很小， 大力发 展光电子产业， 加快光电子技术研究开发， 对实现我国的光电子技术跨 越式发展， 推动社会经济发展快速稳定增长有积极作用。
２．１ 工业检测 ＰＳＤ 在 工 业 检 测 中 主 要 用 于 工 件 的 位 移 测 量 、振 动 测 量 、尺 寸 测 量
和表面状态测量等。由于 ＰＳＤ 响应速度快、位置分辨率 高 ， 由 ＰＳＤ 构 成 的 测 距 仪 或 测 微 仪 可 以 适 用 于 高 速 在 线 检 测 ， 如 在 机 械 加 工 业 、橡 胶 制 品和造纸等行业可以先检测被加工物体的外形尺寸， 钢板、橡胶、纸张等 的 厚 度 及 平 整 度 等 ， 其 他 物 理 量 和 状 态 如 振 动 、偏 心 、间 隙 、冲 程 等 都 可 以由 ＰＳＤ 以各种具体应用方式实现测量［ ３－１０］ 。美国 ＭＴＩ 研制的 Ｍｉｃｒｏｔｒａｋ ７０００ 系列 ＰＳＤ 测距仪以半导体激光为光源， 根据被测物的表 面 反 射 的 情况设计了镜面反射型和漫反射型两种光学头， 分 辨 率 达 ０．００２ ５ μｍ～ ５．０８ μｍ， 广泛应用于工业自动化生产和微电 子 生 产 中 的 各 类 检 测 和 监 控， 如测量工件的长度、厚度、表面形貌、检测纸张的厚度、集成块引脚的 高度、ＰＣ 主板的厚度和弯曲、磁盘驱动器的偏转以及在食品及 饮 料 包 装 中检测填充高度等等。ＰＳＤ 光学测量系统还可以用来检测像巨型轮船推 进器那样的机械部件的对准状况。 ２．２ 汽车雷达避障
日本松田公司和电气公司 １９９３ 年共同研制了一种使用 ＰＳＤ 的汽车 用激光雷达， 其目的是监视汽车前方和探测障碍物。如果以 １２０ ｍ／ｓ 以上 的速度探测前方车辆， 测量精度可以达到 ０．５ ｍ。此激光雷达通过扫描器 的扫描， 利用 ＰＳＤ 测 定 反 射 角 度 。 同 时 还 研 制 了 一 种 装 备 在 汽 车 上 的 ＰＳＤ 路面检测系统， 用于探测路面信息并将信息存储在磁盘［ １１］ 。 ２．３ 土木水利工程
空间飞行器交会对接技术是建立空间站， 实现载人航天飞行等先进 的航天工程技术的前提。ＰＳＤ 光学测量系统可用于飞行器对接过程中测 量飞行器的姿态。１９８５ 年欧空局在其交会对接敏感器的研究报告中首次 提 出 用 于 空 间 应 用 。哈 尔 滨 工 业 大 学 研 制 了 用 于 空 间 飞 行 器 对 接 的 位 置 敏 感 器 近 程 操 作 模 拟 器［ １５］ ， 由 ＰＳＤ 为 核 心 器 件 构 成 的 光 电 传 感 系 统 在 近程内对放置在空间飞行器上的合作目标的位置和姿态进行高精度测 量， 用 ３ 个放置成等边三角形的 ＬＤ 代替合作目标， 采用时间分割光源的 方法， 即通过电调制使 ３ 个 ＬＤ 依次轮流发光， 确保任一时刻仅有一个光 源发光， 从而实现使用一块 ＰＳＤ 进行多个光点位置测量。在空间技术中， ＰＳＤ 被用于三轴转移系统， 该系统用来在悬臂相对航天飞机扭转和偏转 时保持悬挂空间实验舱的方向。 ２．６ 二维微弱光探测
三 峡 大 坝 、清 江 大 坝 、水 口 大 坝 等 重 点 工 程 建 设 中 已 不 再 使 用 多 船
１８３
庞亚萍 位置敏感探测器的发展状况及应用研究
本刊 Ｅ－ ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 综 述
闸式过坝方案， 而是采用过坝式垂直升船机方案， 将使用超过百米长的 承船箱， 重达万吨的承船箱以 ２ ｍ／ｓ 的速度整体升降， 技术难点是箱体表 面的水平测量， 要求箱体表面 ４ 个端角的水平高度差小于 １００ ｍｍ， 否 则 承 船 箱 有 可 能 覆 灭 。采 用 安 装 在 具 有 自 垂 直 的 陀 螺 结 构 上 的 激 光 扫 平 系 统和 ３ 组 ＰＳＤ 组件， 成功地把水平高度差控制在 ４ ｍｍ［ １３］ 。 ２．４ 军事
军事上用电子自动准直系统来调整地面导弹发射系统， 在导弹瞄准 中需要同时测量直线位移和角位移， 以消除高低角的扭转， 实用中由 ＰＳＤ 测距传感系统测量总体位移量， 由电子自动瞄准仪测量角位移， 结 合两者的解算出直线位移［ １４］ 。用类似方法也可以调整潜艇的导弹发射系 统。正在研发中的射击训练仪以二维 ＰＳＤ 为光电接收器件， 红外光源安 置在模拟靶中心， 接收透镜及 ＰＳＤ 固 定 在 模 拟 枪 杆 上 ， 练 习 者 瞄 准 的 状 态与 ＰＳＤ 接收到的光斑位置对应， 结果由计算机显示。 ２．５ 空间航空航天
品规格不多， 没有形成规模生产， 主要原因是国内对 ＰＳＤ 器件的了解和认 识不足， 产品性能还不够完善， 此外， 没有与之相配套的信号处理器供应以 及价格等因素也是制约其发展的重要原因。但近几年来随着 ＰＳＤ 发展迅 速， ＰＳＤ 的应用越来越广泛， 如在角度检测、长度测量、形貌测量等方面。近 年来我国对 ＰＳＤ 的研究报道也越来越多， 如中国计量科学研究院研制了 半导体激光自动测量仪， 哈尔滨科技大学袁峰报道了位置敏感器 ＰＳＤ 应 用系统设计， 袁雅珍报道了位置敏感器 ＰＳＤ 特性及其在三角测量中的应 用， 史建鹏报道了一种新型的位置敏感器 ＰＳＤ 检测元件等。
１９６０ 年 Ｌｕｃｏｖｕｓｋｙ 推导出描述横向光电效应的 Ｌｕｃｏｖｕｓｋｙ 方程， 从而 奠定了 ＰＳＤ 的理论基础。Ａｌｌｅｎ 等研究了用硅材料制作的圆形 ＰＳＤ 的特 性， Ｆｉｅｒｅｔ 等制作并研究了方形结构的 ＰＳＤ， 这个时期制作的 ＰＳＤ 被称为 Ｌｕｃｏｖｕｓｋｙ 型 ＰＳＤ， 其特点是电极设计为点状， 使用时不加偏置， 灵敏度、响 应速度和线性度等都比较差。２０ 世纪 ７０ 年代， 为了提高 ＰＳＤ 的性能， 设计 了四横向结构 ＰＳＤ， 电极设计成条形， 使用时加反向偏压， 各项性能指标均 得到提高， 具有暗流小、易于加反偏的优点， 但由于四条电极设置在同一 面， 电极间相互影响， 非线性仍然较大。ＵＤＴ 开发出了这种结构的产品， 用 于探测可见光， 红外以及高能射线的一维和二维 ＰＳＤ， 主要用于高能物理 实验和测距。许多作者也研究了背景、偏置和负载等对 ＰＳＤ 性能的影响。 为了提高线性度， 后来开发了双面结构 ＰＳＤ， 该结构将收集 ｘ 和 ｙ 方向位 置信息的电极分别设在 ｐ＋ｎ 结的两面， 这样避免了电极间的相互影响， 线 性度提高， 但这种结构存在暗流较大， 不便于加反向偏压。Ｗｏｌｔｒｉｎｇ 分析了 几种二维方形 ＰＳＤ 的解析解。Ｎｏｏｒｌａｇ 用硅平面制作工艺制作了非线 性 ０．５％的双面结构 ＰＳＤ， 使 ＰＳＤ 制作工艺有了突破。其后， Ｇｅａｒ 设计出了枕 形结构的 ＰＳＤ， 这种结构虽有良好的线性度， 但是有效使用面积较小。ＰＳＤ 器 件 自 ２０ 世 纪 ７０ 年 代 研 制 成 功 后 ， １９８５ 年 前 后 日 本 和 美 国 相 继 应 用 ＰＳＤ 研制了各种仪器和装置， 如激光测试微仪等。由于位置敏感探测器器 件 具 有 体 积 小 、灵 敏 度 高 、线 性 范 围 大 、噪 声 低 、分 辨 率 高 、光 谱 响 应 范 围 大、响应速度快、价格低及应用电路简单等优点， 所以广泛用于光电位置测 量、光学遥控、位移和振动的检测和监控、激光准直、方向探测、光学边界判 别、医用器械、形位误差测量、三维位置测量系统以及机器人视觉等方面。
１ ＰＳＤ 的国内外发展状况
早在 １９３０ 年， Ｓｃｈｏｔｔｋｙ 将 Ｃｕ－ Ｃｕ２Ｏ 金属半导体结的 Ｃｕ２Ｏ 表面边缘的 Ａｕ 电极通过安培表短接于 Ｃｕ 层， 发现当用一束光照射 Ｃｕ２Ｏ 表面时， 外电 流随光入射位置与电极之间的距离的增加指数下降， 这是横向光电效应的 首次发现。直到 １９５７ 年 Ｗａｌｌｍａｒｋ 在圆形 Ｇｅ－ ｐ＋ｎ 结上重新发现了这个效 应， 发现当光斑在器件上移动时， ｎ 型层上两个相距 １ ｍｍ 的点电极之间的 电势差与光斑位移成比例， 他用载流子复合理论对此现象进行了解释， 并 提出可以利用此来检测光点位置， 此后才真正开始了对 ＰＳＤ 的研究。
科技情报开发与经济
ＳＣＩ－ ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＆ ＥＣＯＮＯＭＹ
２００６ 年 第 １６ 卷 第 ２４ 期
文章编号： １００５－ ６０３３（ ２００６） ２４－ ０１８３－ ０３
收稿日期： ２００６－ ０７－ １４
位置敏感ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测器的发展状况及应用研究
庞亚萍
（ 中北大学， 山西太原， ０３００５１）
由于 ＰＳＤ 可同时测量位置和入射能量， 使 ＰＳＤ 在高能物理中有独特 的用途。ＰＳＤ 是宇宙射线谱仪的核心组成部分， 用于测量宇宙射线及太阳 射线中的粒子和同位素［ １６－１７］ 。在 ＧＥＯＴＡＬＥ 卫星计划中， 进行的高能粒子 实验目的是测量太空中的重离子成分， 卫星上的粒子望远镜鉴别粒子质 量， 粒子望远镜包括大面积二维 ＰＳＤ 和 Ｌｉ－ ｄｒｉｆｔｅｄ 探测器， 从 ＰＳＤ 输出的 信号经电荷敏感放大器（ ＣＳＡ） ， ＣＳＡ 形成的脉冲反馈到主脉冲形状放大器 （ ＰＳＡ） ， ＰＳＡ 的输出信号送 Ａ／Ｄ 转换器。日本滨松公司开发的二维微弱光 探测器［ １８］ 主要由 ３ 块微通道板和二维 ＰＳＤ 组成， 用于捕捉一个一个光子， 当光子入射探测器在光电阴极转变成电子， 聚焦在微通道板输入面， 再入 射到 ＰＳＤ 上， 由 ＰＳＤ 的输出信号经位置分析仪确定其位置， 系统具有增益 高、响应时间快的特点。将二维微弱光探测器、帧记忆存储器以及监视器等 组合起来（ 称 ＰＬＡＳ 仪器系统） 可用于微弱光二维图像测量。 ２．７ 机器人技术
ＰＳＤ 测试系统的进展主要表现在两个方面： 一是 ＰＳＤ 器件性能的提 高 ： 近 年 来 ＰＳＤ 的 研 究 已 有 进 展 ， 分 辨 率 大 大 提 高 ， 已 有 分 辨 率 高 达 ５ μｍ 的 ＰＳＤ 的研究报道， 线性度和稳定度也有改善。二是计算机技术及新 的信号处理技术的研究与应用： 利用微机或单片机可简化电路设计， 使 系 统 设 计 更 灵 活 ， 且 可 实 现 各 种 非 理 想 因 素（ 如 非 线 性） 的 补 偿 ， 这 样 可 以提高测量精度。高速信号处理器的应用使这种信号处理算法容易实 现， 信号采集速度提高， 可大大提高测量速度。
建筑物在外力作用下会发生各种复杂变形甚至导致建筑物本身受到 损害， 利用激光及 ＰＳＤ 构成的测量装置可以测量结构的多维变形［ １２］ 。ＰＳＤ 测距系统不但可以用于结构抗震实验研究， 测量固有频率和震动周期， 更 有 实 际 意 义 的 是 用 于 监 测 桥 梁 、高 层 建 筑 、塔 架 等 由 地 震 或 其 他 过 载 引起的变形和震动， 作为崩塌的报警装置， 测距可达 ３００ ｍ。
我国于 ２０ 世纪 ８０ 年代末才开始进行这方面的研究工作 ［ １－２］ ， ９０ 年代 电子部 ４４ 所曾研制过 α－ Ｓｉ： Ｈ 一维 ＰＳＤ 和单晶硅双面结构二维 ＰＳＤ， 机 电部 ２１４ 所对一维和枕形结构二维 ＰＳＤ 的设计、制作工艺等进行了研究， 上海技术物理研究所和西南技术物理研究所等单位也曾开展过这方面的 工作， 但极少有文献报道。当时， 这些研究机构有部分 ＰＳＤ 器件供应， 但产
摘 要： 回顾了位置敏感探测器（ ＰＳＤ） 的发展史， 阐述了位置敏感探测器主要涉及的应
用领域， 对位置敏感探测器今后的发展和研究进行了展望。
关键词： 位置敏感探测器（ ＰＳＤ） ； 测量速度； 信号采集
中图分类号： ＴＮ３０３
文献标识码： Ａ
位 置 敏 感 探 测 器（ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ， ＰＳＤ） 的 工 作 机 理 是 半 导 体的横向光电效应， 它对入射光或入射粒子的位置敏感， 具有分辨率高、 响应速度快、信号处理简单等优点， 在检测位置的同时还能检测光强。随 着科学技术的快速发展， ＰＳＤ 应用的范围不断扩大， 研究也不断深入。在 精 密 尺 寸 测 量 、三 维 空 间 位 、高 能 物 理 等 技 术 领 域 及 兵 器 制 导 和 跟 踪 中 具有独到之处和广泛应用。我国的光电子技术与国际差距很小， 大力发 展光电子产业， 加快光电子技术研究开发， 对实现我国的光电子技术跨 越式发展， 推动社会经济发展快速稳定增长有积极作用。