音圈电机快反镜的转角测量传感器

快反镜的高精度指向需要高分辨率、高精度的反射镜转角测量传感器。目前用于音圈电机快反镜中反射镜转角测量传感器的主要有电涡流传感器、电容传感器、光电类传感器等。

① 电涡流传感器转角测量

电涡流位移检测是一种利用磁场变化，从振荡电路中提取能量进而检测位移变化的过程。由于电涡流位移传感器结构简单，测量精度高，能在温度、湿度、压力变化幅度很大，油污，灰尘等恶劣环境中工作而被广泛的使用。电涡流传感器具有测量精度高、响应速度快和易于安装的优点，在音圈电机快反镜中应用较多。电涡流传感器一般安装在快反镜基座上，对反射镜镜架的距离的进行测量。为了提高测量精度，一般在同一方向上设置2个电涡流传感器进行差动测量，从而抑制温漂带来的扰动效应。

基于电涡流传感器有测量精度高、响应速度快、易于安装和环境适应性好的优点，国外公司的快反镜大都采用电涡流传感器作为角度传感组件。

②光源+四象限探测器（QD）测量

基于光电类传感器的转角测量模块。安装于反射镜镜架背面的小反射镜将光源发射的光束反射到光电探测器（PSD或四象限探测器QD）上，通过光电探测器上光点的位置变化测量出反射镜的旋转角度。

四象限探测器（QD）是以半导体为主要材料，以光电效应为工作基础的。四象限探测器是利用集成电路光刻技术将一个光电探测器的方形或圆形光敏面分割成为四个形状相同，大小相同，探测性能相同的探测区域，即四象限探测器是由有四个相同性能参数相同的光电二极管组成，因此其具有光电二极管的普遍性能。当指示光斑照射在四象限探测器表面上，探测器的四个光电二极管会将光斑的能量转换为四路光电流信号进行输出。当指示光斑照射在四象限探测器表面上，探测器的四个光电二极管会将光斑的能量转换为四路光电流信号进行输出。当光斑在探测器表面发生位移时，对四个光电二极管产生光电流的大小就会发生相应的变化，进行分析计算就可以得到光斑在横向和纵向上的位移量。

QD具有响应速度快，分辨率高，外围电路设计及噪声处理简单的特点。QD同时还存在不足，其表面存在死区，因此在位置探测时对光斑尺寸要求较高。

QD与PSD及CCD相比，具有分辨率较高，响应速度快，成本低，外围电路设计简单的特点。因此，在精密的角度测量、激光准直、自适应快速定位系统、动态角度测量中得到广泛应用。

③激光+PSD测量

位置敏感探测器（PSD）是利用半导体横向光电效应实现对入射光点位置进行检测的一种光电器件。PSD 响应速度快、无死区、不需要扫描、处理电路，对光源、光学系统的要求比较低，光谱响应比较宽，位置输出信号只与入射光的位置有关，对光斑形状无严格要求。

图1基于激光+PSD的转角测量模块结构原理

采用激光+PSD的二维转角测量模块如图1所示，反射镜反射的角度会体现在PSD上光点位置的变化，通过PSD处理电路实时处理能够得出PSD上光点的位置，根据预先标定的关系能够测量出反射镜的反射角度。

光电类传感器可实现比较大的转角测量范围，但安装空间一般难以保证。

④电容传感器

电容式位移传感器是通过测量探头的电容量由位移而引起的变化，实现对待测物位移的测量。与电涡流的测量原理类似，通过4个传感器测量反射镜架的距离变化从而测量出反射镜架的转动角度。

⑤霍尔传感器

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，是磁电效应的一种。利用半导体较强的霍尔效应制成的霍尔元件，将变化的磁场转化为输出电压的变化。霍尔传感器首先是实用于测量磁场，此外还可测量产生和影响磁场的物理量，例如被用于接近开关、霍尔、位置测量、转速测量和电流测量设备。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。

采用霍尔元件来测量永磁体的位置变化，从而测量出反射镜的二维转角。相对于其它传感器，霍尔元件的测量精度不高。