光敏位置检测器是一种基于半导体横向光电效应的光电检测器件∞J。是一种能够连续检测光点位置的非分割型光电转换元件．实用的PSD一般采用PIN结构"1(见图2(a))，表面为P层感光面，两边各有一输出电极，中间是1层，底板为高掺杂的N层，接反偏电压协．当有入射光照射到PSD的光敏面上某一点时，半导体吸收光子后激发产生光生载流子，在横向光电场作用下，载流子流向两端的输出电，形成输出电流。且比例将随光源位置的移动而改变．所以可根据各电极上收集到的电流信号比例来确定光点的位置。PSD也是一种光电流分配器。
(a)结构
(b)简化等效图
1.1一维PSD检测原理
     一维PSD检测器的等效电路图如图2(b)所示．设光点照射在PSD器件光敏层的A点，距中心距离为x，设P层的电阻是均匀的，从A点到PSD两边的等效电阻分别为尺，和尺：，负载电阻为尺L，且尺1和尺2远大于RL，两极间的距离为2L，流过两极的电流分别为，。和，2，总的光生电流为厶．根据描述横向光电效应的Lucovsky方程最终得

1.2二维PsD检测原理

     采用如图3所示的二维PSD结构，其测试原理与一维PSD类似，有一个长宽均为L的正方形感光面，四角有4条对称的直角电极作为信号输出，以感光面的中心作为坐标原点．当有光源照射到A点时，会产生大量的光生载流子，在反偏电压及横向电场的作用下，进行电荷分配流向4个电极，形成4个输出电流．4个输出电流的比例大小反应了光点在光敏面上的二维位置。

     在PSD的4个输出端分别接相同的负载电阻并测负载电阻上的压降，从而将输出电流信号的测试转变为输出电压的测试．则有

2 二维风速风向传感器系统的设计及测试
本系统采用的二维PSD的有效光敏面积为15mmx15mm，漏电流为200肚，将红光激光二极管固定在圆柱形橡胶风敏杆顶端作为光源，风敏杆的直径为7min，高度为2.3 mm，激光二极管距PSD的距离为5 mm，最大风速时风敏杆顶端的弯曲挠度为5.5mm．测试系统如图4所示。

     PSD外接4个相同负载的电阻，测试对角输出负载的压降差，将测试信号进行处理后显示与风向和风速的关系．测试系统示意图如图5所示。

3风速和风向的测试结果与分析
3.1风速测试

按照如图6所示的风向进行风速测试，以3 m／s的级别递增风速．多次测量，测试数据重复性较好．取其中一组数据处理后得到的风速测试结果如图7所示。

3.2风向测量
风速固定在18m／s，改变风向，测试△巩和AU，根据式(6)得到风向的测试曲线，见图8。

3.3测试结果分析
      从风速的测试曲线可看出，在0～9m／s的小风速情况下，系统灵敏度较低，在中风速及大风速情况下，系统灵敏度较高且较稳定，可达到0.15 mV／(m•s-1)，产生这种状况的原因主要与橡胶风敏杆材料的弹性有关．由于所选橡胶的弹性较低，在低风速情况下反应不够灵敏，风敏杆弯曲角度小，因此在PSD上光点移动范围也小。小风速下提高灵敏度可通过外接放大器来实现。从图中也可看出风速和尺之间并非呈单一的线性关系。这是由于根据伯努利方程得出的风力产生的风压与风速之间为非线性关系所致．风速与R之间的函数关系，可进一步通过对橡胶进行杨氏模量分析得到。
     从风向的测试结果看出测试数据与实际风向基本一致，平均误差小于70。测试误差的主要来源为：起始时零点位置的调整还有一定的偏差；弹性风敏杆采用手工加工，在各个方向的弹性均匀性有一定误差；由于采用橡胶材料制作，弹性风敏杆的回复性还不够，从而使一个周期测试后产生一定的回滞效应。另外，PSD光敏面上的材料不可能绝对均匀，各个方向的电阻率存在差异，使得测量输出存在误差。