基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器 (Position Sensitive Detector, PSD) 是一种高精度的二维位移测量传感器, 利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量.测量系统主要包括三片PSD传感器 (包括PSD光敏面和发光管) 、低噪声的信号调理和AD采集电路, 采用三片PSD正交布局方案, 通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度.设计了六自由度的PSD标定测试系统, 用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试.测试结果表明, PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°, 标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°, 测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°, 满足系统0.5mm和0.5°的指标要求.此外, 对PSD传感器的环境适应性进行了评估.PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点, 成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中.