大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量方法及系统

发布时间：2017-10-21 10:24

  本文关键词：大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量方法及系统

  更多相关文章： 快速控制反射镜 压电陶瓷执行器 大角度偏转 角度测量 位置敏感探测器

【摘要】：快速控制反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)是一种能够根据输入信号控制和驱动其反射镜面偏转的光学装置,快速并且较准确的调整光路内光线位置的光学装置。压电式快速控制反射镜利用了压电陶瓷叠堆执行器(Piezoelectric ceramic actuators,PCAs)输出的作用力大、体积小、分辨力高、响应速度快的优点,特别适合高精度、高速度、高集成度的应用场合,在自适应光学补偿、光束跟踪和指向、图像稳定、激光扫描、跟踪、捕获、瞄准系统、空间光通信等方面具有广阔的应用前景。目前,大角度快速控制反射镜偏转角度的精确测量问题尚缺乏有效的解决方案。研究一种高精度的动态偏转角度测量方法,并建立相应的测量系统以集成到快速控制反射镜中构成闭环控制系统,可以实现高精度的反馈控制,是快速控制反射镜应用于快速高精度的图像稳定、目标捕获和光束指向的必然要求和前提。本文设计了一种压电式快速控制反射镜,针对其偏转角度测量问题,研究了一种基于位置敏感探测器的大角度动态偏转角度测量方法,建立了测量系统并对其特性进行了分析。在此基础上,设计开发了快速控制反射镜的大角度动态偏转角度测量系统的原型,建立了相应的测试系统进行了实验测试。理论分析结果和实验测试结果表明本文提出的快速控制反射镜的大角度动态偏转角度测量方法和系统能够准确的实现大于3°的动态偏转角度测量。本文研究的主要内容如下:①研究并设计了一种大角度压电式快速控制反射镜,解决了常规的压电式快速控制反射镜偏转角度较小的问题,并对大角度压电式快速控制反射镜系统的驱动电路和控制器进行了分析。②提出了一种针对压电式快速控制反射镜大角度偏转测量的方法,分析了大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量系统的测量原理并建立偏转角度和光点在位置敏感探测器敏感区域位移的关系。介绍了大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量系统硬件模块与软件模块,在此基础上,分析了此系统的测量范围、分辨力和误差等特性,证实了大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量方法的可行性。③基于快速控制反射镜偏转角度测量原理,选用合适的光源、透镜和位置敏感探测器PSD设计并搭建了整个光路系统。根据位置敏感探测器本身特性设计并开发了信号处理电路,实现了对位置敏感探测器输出小电流的处理。设计开发了位置敏感探测器处理电路输出信号的采集和计算的软件模块,实现了光点在PSD敏感区域的位置坐标和压电式快速控制反射镜大角度偏转测量结果的显示。④基于搭建的大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量系统原型设计并进行了位置敏感探测器线性度测试和大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量系统的纹波测试、测量准确度测试、测量范围测试、分辨力测试,分析了其测量结果误差。测试结果表明角度测量系统的线性度优于95%,纹波小于0.086°,准确度小于0.055°,测角范围大于3°,分辨力优于0.043°。本文设计的大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量系统具有纹波小、测量范围大、准确度和分辨力高的优点,实现了针对压电式快速控制反射镜大角度偏转的准确测量。本文的研究工作为压电式快速控制反射镜大角度偏转的测量奠定了基础,促进了大角度压电式快速控制反射镜的广泛应用。
【关键词】：快速控制反射镜 压电陶瓷执行器 大角度偏转 角度测量 位置敏感探测器
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 压电式快速控制反射镜研究现状9-15
• 1.3 快速控制反射镜偏转角度测量研究现状15-24
• 1.3.1 基于面形精度的角度测量16-19
• 1.3.2 基于镜面角位移的角度测量19-24
• 1.4 本文的研究目的和主要内容24-25
• 1.4.1 研究目的24
• 1.4.2 研究内容24-25
• 1.5 全文安排25-27
• 2 大角度压电式快速控制反射镜的设计原理与系统27-33
• 2.1 引言27
• 2.2 工作原理27
• 2.3 系统组成27-31
• 2.3.1 执行机构28-30
• 2.3.2 驱动电路30-31
• 2.3.3 控制器31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量原理与系统33-47
• 3.1 引言33-34
• 3.2 工作原理34-35
• 3.3 系统组成35-41
• 3.3.1 硬件模块35-39
• 3.3.2 软件模块39-41
• 3.4 特性分析41-45
• 3.4.1 角度测量范围41-42
• 3.4.2 分辨力42
• 3.4.3 误差分析42-45
• 3.5 本章小结45-47
• 4 系统设计与实现47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 光路设计47-53
• 4.3 电路设计53-56
• 4.3.1 PSD信号处理电路53-56
• 4.3.2 数据采集56
• 4.4 软件设计56-58
• 4.5 本章小结58-61
• 5 测试及结果分析61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 测试原理61-62
• 5.2.1 位置敏感探测器PSD线性度测试原理61
• 5.2.2 大角度快速控制反射镜偏转角度测量系统测试原理61-62
• 5.3 测试系统及装置62-64
• 5.3.1 位置敏感探测器PSD线性度测试系统及装置62-63
• 5.3.2 大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量测试系统及装置63-64
• 5.4 测试结果及分析64-70
• 5.4.1 位置敏感探测器PSD线性度测试结果及分析64-65
• 5.4.2 大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量结果及分析65-69
• 5.4.3 测量结果误差分析69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 全文总结与展望71-73
• 6.1 本文主要研究工作71-72
• 6.2 本文的贡献与创新点72
• 6.3 后续工作及展望72-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-81
• 附录81
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文81
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目81
• C. 作者在攻读硕士学位期间其他相关工作81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 吴光华,李君兴,王永辉;一种新型快速控制反射镜谐振分析[J];长春理工大学学报;2004年02期

2 邵帅;高云国;郭劲;宣明;;二维快速控制水冷反射镜装置设计[J];光学精密工程;2009年03期

3 张丽敏;王帅;杨飞;乔兵;;PZT驱动快速控制反射镜的设计与试验[J];机电工程;2013年07期

4 吴琼雁,王强,彭起,任戈,傅承毓;音圈电机驱动的快速控制反射镜高带宽控制[J];光电工程;2004年08期

5 邱克文;吴胜枫;徐敏;喻鸿;刘稳军;;快速控制沉淀法研究铜离子的阻垢作用[J];工业水处理;2010年03期

6 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张洪涛;尹福昌;;用于稳定和单轴扫描的快速控制反射镜结构与性能[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王永辉;快速控制反射镜结构及其动态特性的研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2004年

2 吴鑫;高性能快速控制反射镜研究[D];华中科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李世栋;大角度压电式快速控制反射镜偏转角度测量方法及系统[D];重庆大学;2015年

，

本文编号：1072825