四象限探测器原理

四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，常用于激光制导或激光准直中。目前在光电探测系统中广为使用的多元非成像光电探测器多为四象限光电探测器件。它包括各种规格的硅光电池以及类型各异的四象限光电二极管，如四象限PIN光电二极管、四象限雪崩光电二极管等。 RhE|0N=  
    四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像。一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上。 .e}`n)z  
四象限探测器的工作原理是当激光束经过光路中的光学元件成像于四象限光电探测器的光敏面上时,产生一个光斑,如图所示,光斑在探测器的4个象限分成A, B, C, D 4个部分,光斑面积分别为S1 , S2 , S3 和S4 ,对应的4个象限产生的光电流为I1 ,I2 , I3 , I4 ,光斑中心相对于探测器中心X和Y方向的偏移量分别为ΔX和ΔY , 当光学系统光轴对准目标时, 圆形光斑中心与四象限中心重合,即ΔX =ΔY,这时4个象限的光斑面积相同。四象限光电探测器光电转换电流较小,一般只有几个纳安, 需要经过运算放大器转换为电压V1，V2 , V3 , V4 ,用V1 , V2 , V3 , V4 来表示偏移量ΔX和ΔY ,表达式如下：               JqEo~]E]  
Vx = (V1 +V4 ) - (V2 +V3 )               rKl
  
Vy = (V1 +V2 ) - (V3 +V4 )    式中　V1 , V2 , V3 , V4 为四象限输出的光电流信号I1 ,I2 , I3 , I4转换成的电压信号; Vx , Vy 分别为X和Y方向的电压信号误差。 Hq,NOP  
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四象限光电探测器作为一种常用的位置敏感器件当入射光点落在器件感光面的不同位置时，四象限探测器输出不同的电信号，通过对此电信号进行处理，可以确定入射光点在感光面上的位置。四象限光电探测器广泛应用于激光准直、测角、自动跟踪等精密光电检测系统中，通过对光斑中心位置的精确定位来检测位移或偏角的大小。 wB<cW>6  
影响四象限光电检测系统工作精度的因素主要包括外围大气环境、目标光斑大小和光斑能量分布以及系统本身采用的算法、器件响应差异和噪声所带来的四象限不均匀性。 1z@ ncqe  
四象限光电探测器前景也是非常好的，目前应用最为广泛的激光制导模式是激光半主动(SAL)制导,典型的激光半主动制导武器系统主要由带激光半主动导引头的导弹(炸弹、炮弹)、发射平台和激光目标指示器构成。大部分激光导引头均采用四象限光电探测器作为获取目标空间坐标信息的传感器件。四象限探测器由相互独立的4只光电二极管组成，4只光电管以光学系统的轴线为对称轴，置于焦平面附近。     uiWo<}t}{  
导引头也可采用双四象限光电探测器，对来自不同区域的信号采用不同的模式处理。对外围区 (Φ10mm)的信号可以采用开关电路进行处理，对中心区四象限(Φ2mm)的信号采用线性电路进行处理，这样可以方便地调节导引头的跟踪视场，以适应不同的目标。在目标捕获阶段，双四象限均可接收目标信号，跟踪视场角大，为-15°- +15°。便于发现和捕捉目标，而在自动导引阶段(线性跟踪阶段)，外围信号通道被关断，导引头跟踪视场缩小到-3°- +3°，从而降低了外部干扰的几率，提高了系统的灵敏度.但在具有发射前锁定功能的导弹上，这种指标就满足不了要求。双四象限的缺点是内外象限需切换，系统复杂、成本高。     |voZ0U  
四象限探测器分为Si雪崩光电二极管（APD）四象限探测器和PIN光电二极管（PIN）四象限探测器，表1为两者之间性能比较。     ESe$6)P  
激光制导武器的命中精度高，表2为几种采用四象眼光电探测器的激光制导武器的性能对比。从表2可知，采用四象限光电探侧器的精确激光制导武器攻击固定目标的命中精度（圆概率偏差）基本都在1m以内，可以实现对目标的精确打击，这在现代战争中已得到证实，比如在海湾战争中，F117投掷激光制导炸弹的误差仅为1 - 2 m，车臣战争中，精确制导炸弹的误差仅为1m左右，而精确制导导弹的精度则可以达到0.5m。 V~t; J  
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