一种基于前馈神经网络的四象限探测器光斑定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于前馈神经网络的四象限探测器光斑定位方法，属于非接触式激光测量技术领域。本发明专利技术的主要目的是解决传统四象限探测光斑定位方法存在的测量精度不高和测量范围小的问题。实现的技术方案是：1)利用四象限探测器的测量原理，生成大量高精度的仿真数据；2)设计并训练前馈神经网络；3)利用训练好的神经网络实现高精度的光斑位置测量。该方法消除了探测器盲区和光斑移动对测量精度的影响，能有效提高测量精度和测量范围，适用于常见的圆形和方形四象限探测器。常见的圆形和方形四象限探测器。常见的圆形和方形四象限探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于前馈神经网络的四象限探测器光斑定位方法


[0001]本专利技术属于非接触式激光测量
，具体涉及一种基于前馈神经网络的四象限探测器光斑定位方法。

技术介绍

[0002]作为一种重要的光电探测器，四象限探测器具有高灵敏度、高响应速度和低成本等优点。因此，四象限探测器被广泛应用于激光通信、生物科学和精密仪器等多个领域。四象限探测器实际上是由四个特性完全一致的光电二极管按照笛卡尔坐标系排布而成，现在较为常见的为圆形和方形的四象限探测器。在相邻探测器之间存在不发生光电转换的区域被称为死区。探测器外壳采用金属制作而成，这样能有效降低电磁干扰。探测器的外部接口包括各个象限的电信号输出，地线以及公共信号线。由于当光斑在四象限探测器上移动时，输出信号偏移和实际光斑位置偏移之间的关系是非线性的。因此，使用四象限探测器实现高精度的光斑定位是具有挑战性的。
[0003]传统的线性模型的光斑定位误差将随着光斑远离四象限探测器中心而显著增加，导致其定位精度较低。多项式模型和低阶多项式最小二乘法等新的方法虽然能有效提高测量精度，但它们依赖于大量难以获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于前馈神经网络的四象限探测器光斑定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，利用四象限探测器的测量原理，生成大量高精度的仿真数据集合S，集合S中包括若干组光斑位置及对应的偏移信号；步骤S2，设计并训练前馈神经网络，首先构建一个多层的前馈神经网络，其中，输入层的输入为偏移信号，输出层的输出信号为系统预测的光斑位置；步骤S3，利用训练好的前馈神经网络实现高精度的光斑位置测量。2.如权利要求1所述的一种基于前馈神经网络的四象限探测器光斑定位方法，其特征在于：步骤S1的具体实现方式包括如下子步骤；步骤1，随机输入k组光斑位置X1,X2,
…
,X
k
，并计算对应的偏移信号σ1,σ2,
…
,σ
k
，其中k为人为设置的参数，具体包括以下步骤：步骤2，根据几何近似方法的公式估算聚焦于四象限探测器上的光斑半径ω：步骤3，生成大量仿真数据集合S，具体包括以下步骤：步骤3.1，创建一个以光斑位置X
pos
和对应偏移信号σ为元素的集合S；步骤3.2，在四象限探测器的X轴方向上随机选取一个位置作为预设的光斑位置；步骤3.3，根据如下公式计算其在各象限理论应该输出的电信号：其中，I
A
,I
B
,I
C
和I
D
分别是四象限探测器理论输出的电信号，η是个常数，L和d分别表示四象限探测器的长度和死区宽度，h(x,y)表示高斯光斑能量分布，其被定义为：其中P0是光斑总能量，x和y表示在四象限探测器光敏面上的坐标位置，X和Y表示光斑中心位置的坐标；步骤3.4，根据如下公式计算输出的电信号对应的信号偏移：步骤3.5，将此轮得到的光斑位置和对应偏移信号σ保持入集合S中，判断集合S中元素个数是否大于某一阈值，如果大于阈值则继续；否则跳转到步骤3.2。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘兆炳，林立宇，贾伟豪，马骁，邹伯豪，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：