發(fā)布時(shí)間：2020-05-15 18:17

【摘要】：本論文對(duì)一種懸線帶5°夾角的三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器進(jìn)行了磁場(chǎng)分析、模態(tài)和諧響應(yīng)分析,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比建立三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的磁場(chǎng)、低頻特性參數(shù)的仿真計(jì)算模型,同時(shí)對(duì)力矩器等效剛度模型和靈敏度方面等參數(shù)進(jìn)行理論探討和優(yōu)化。 首先介紹光學(xué)頭系統(tǒng)組成以及力矩器實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng)和循跡運(yùn)動(dòng)的控制原理。力矩器作為光存儲(chǔ)讀取系統(tǒng)光學(xué)頭中最重要的部件之一,其性能的好壞決定著整個(gè)讀取頭的好壞。隨著光存儲(chǔ)的發(fā)展,特別是藍(lán)光存儲(chǔ)的出現(xiàn)傳統(tǒng)的二維懸線式力矩器已經(jīng)不能滿足需要,三維懸線式力矩器則成為新的發(fā)展方向。在國(guó)內(nèi)對(duì)于力矩器的研究還停留著二維力矩器上,而新的三維懸線式力矩器則國(guó)內(nèi)還處于空白。三維懸線式力矩器相對(duì)于二維力矩器具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更高的靈敏度,其結(jié)構(gòu)尺寸也越來(lái)越小,因此具有很高的研究?jī)r(jià)值。力矩器的兩個(gè)主要運(yùn)動(dòng):聚焦運(yùn)動(dòng)和循跡運(yùn)動(dòng)是力矩器最主要的方向上的參數(shù),兩個(gè)方向上的特性參數(shù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法以及光學(xué)光學(xué)頭實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng)和循跡運(yùn)動(dòng)的原理都進(jìn)行了測(cè)量和介紹。 利用有限元軟件ANSYS的磁場(chǎng)分析模塊,建立了三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的磁場(chǎng)分析模型。三維懸線式力矩器實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng)、聚焦運(yùn)動(dòng)和傾斜補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)是通過(guò)磁場(chǎng)中的通電線圈受力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)力矩器的磁場(chǎng)分布建立理論模型,永磁鐵磁場(chǎng)模型采用磁極化理論來(lái)建立,而畢奧-薩伐爾定律來(lái)建立通電線圈的磁場(chǎng)模型。利用有限元軟件ANSYS中的電磁場(chǎng)模塊,對(duì)線圈實(shí)體建模,并把電流源以電流密度的方式輸入,用矢量單元SOLID97代替標(biāo)量單元,用MVP的方法求解得到力矩器線圈上的磁場(chǎng)分布和有效受力。 建立了三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的低頻特性仿真分析模型。三維懸線式力矩器主要由可動(dòng)部件和不可動(dòng)部件組成,其中不可動(dòng)部件主要包括磁鐵和軛鐵為磁場(chǎng)的主要組成部分,可動(dòng)部件包括物鏡架、物鏡、五組線圈和六根懸線。三維懸線式力矩器在工作的時(shí)候是始終處于一種振動(dòng)狀態(tài)。三維懸線式力矩器的力學(xué)特性參數(shù)如一階共振頻率、一階共振峰值、5Hz靈敏度和200Hz靈敏度等是體現(xiàn)力矩器性能的主要參數(shù)。利用ANSYS中的模態(tài)分析模塊提取力矩器可動(dòng)部件的模態(tài)�？蓜�(dòng)部件的低頻區(qū)域主要為聚焦方向、循跡方向和傾斜方向上的固有頻率分別50.5Hz,54.8Hz,205.2Hz,三種模態(tài)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比誤差小于1%;可動(dòng)部件的高頻區(qū)域模態(tài)主要是物鏡架組件的彈性共振,且二階共振頻率均大于20kHz。采用ANSYS軟件中的諧響應(yīng)模塊對(duì)力矩器的特性參數(shù)進(jìn)行模擬,而力矩器中的阻尼膠效應(yīng)則使用等效阻尼系統(tǒng)來(lái)模擬,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比仿真結(jié)果誤差在5%以內(nèi)。 利用材料力學(xué)建立了三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的等效剛度模型。根據(jù)振動(dòng)原理知道六根懸線都作為理想的懸臂梁結(jié)構(gòu)處理且這六根懸線為并聯(lián)的方式。對(duì)每根懸線進(jìn)行受力分析,采用材料力學(xué)中梁的撓度原理求解得到力矩三個(gè)方向的等效剛度模型,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比誤差在5%以內(nèi)。并對(duì)懸線的長(zhǎng)度、半徑、夾角、不同截面以及六根懸線截面的進(jìn)行不同設(shè)計(jì)為力矩器的頻率優(yōu)化提供設(shè)計(jì)方案。 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)做為分析方法,提取力矩器磁場(chǎng)的七個(gè)磁場(chǎng)因子對(duì)力矩器的靈敏度進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)力矩器磁場(chǎng)因子提取七個(gè)因子,利用三水平七因子的正交表分析,發(fā)現(xiàn)永磁鐵的位置和其磁極方向?qū)α仄鞯撵`敏度有較大的影響可以提高接近40%,為力矩器的靈敏度設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
【圖文】：

DVD 類和光盤類產(chǎn)品生產(chǎn)及制造大國(guó)。以 DVD 播放機(jī)為代表的數(shù)字光盤機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)迅速建立并成長(zhǎng)起來(lái)，現(xiàn)在有數(shù)十家 DVD 播放機(jī)生產(chǎn)商的產(chǎn)品正熱銷在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，而我國(guó)制造的 DVD 光盤機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)同樣具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)，我國(guó)也是 DVD 光碟機(jī)系統(tǒng)中主要部件光學(xué)頭的生產(chǎn)大國(guó)，到 2010 年大陸共生產(chǎn)各類光碟機(jī)光學(xué)頭約占世界總產(chǎn)量的 80％以上，但是這些光學(xué)頭企業(yè)都是國(guó)外公司扶持或合資的形式，能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主的生產(chǎn)光學(xué)頭的企業(yè)非常小，而且能生成的都是低端的一些 CD、VCD 光學(xué)頭[12]，國(guó)內(nèi)自己形成的產(chǎn)業(yè)都是對(duì)光盤機(jī)或光學(xué)頭的來(lái)料加工或組裝模式，利潤(rùn)低且處于被動(dòng)地位。隨著我國(guó)成為最大的光存儲(chǔ)產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，但是我國(guó)并沒(méi)有掌握光盤系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，特別是在核心技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)這兩個(gè)方面方面，這些專利和技術(shù)基本都被掌握在國(guó)外的一些大型企業(yè)中，國(guó)內(nèi)幾乎是空白。由于自身沒(méi)有光碟機(jī)和光學(xué)頭類產(chǎn)品的專利技術(shù)，而國(guó)外掌握這些技術(shù)的大型企業(yè)對(duì)我國(guó)的產(chǎn)品征收高額的專利費(fèi)，就這一項(xiàng)每年我國(guó)就需要負(fù)大約接近 10 億美元的專利費(fèi)。

芝為首的并與 NEC 開(kāi)發(fā) Advanced Optical Disk(AOD)，并得到 DVD 聯(lián)盟的支持下更名為 HD DVD 的陣營(yíng)相互爭(zhēng)斗下，2008 年最終 BD 系統(tǒng)戰(zhàn)勝了 HD DVD 并制定了相關(guān)的藍(lán)光光盤的標(biāo)準(zhǔn)，，稱為新一代光存儲(chǔ)發(fā)展的趨勢(shì)。藍(lán)光光盤是采用與 DVD 光盤相同的 1.2mm 厚的藍(lán)光碟片，但是其光學(xué)波長(zhǎng)選用405nm的藍(lán)光波長(zhǎng)的相對(duì)于DVD系統(tǒng)的650nm的讀寫器和CD系統(tǒng)中的紅光 780nm 讀取器。藍(lán)光光盤由于讀取器的波長(zhǎng)更短，可以使得藍(lán)光光盤存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息密度更大、存儲(chǔ)容量增大。一個(gè)單層的藍(lán)光光碟的容量為 25GB 或是27GB，足夠燒錄一個(gè)長(zhǎng)達(dá) 4 小時(shí)的高解析影片，但是以 6x 倍速燒錄單層 25GB的藍(lán)光光碟卻只需大約 50 分鐘。 而雙層的藍(lán)光光碟容量可達(dá)到 46 或 54GB，足夠燒錄一個(gè)長(zhǎng)達(dá) 8 小時(shí)的高解析影片，而容量為 100 或 200GB 的，分別是 4層及 8 層[14-17]。期 胡盛勇：三維懸線式藍(lán)光光學(xué)頭力矩器的特性研究及優(yōu)化 I137-6-
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP333.4

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本文編號(hào)：2665444