本文關(guān)鍵詞：大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量方法及系統(tǒng)

  更多相關(guān)文章： 快速控制反射鏡 壓電陶瓷執(zhí)行器 大角度偏轉(zhuǎn) 角度測量 位置敏感探測器

【摘要】：快速控制反射鏡(Fast Steering Mirror,FSM)是一種能夠根據(jù)輸入信號控制和驅(qū)動其反射鏡面偏轉(zhuǎn)的光學(xué)裝置,快速并且較準(zhǔn)確的調(diào)整光路內(nèi)光線位置的光學(xué)裝置。壓電式快速控制反射鏡利用了壓電陶瓷疊堆執(zhí)行器(Piezoelectric ceramic actuators,PCAs)輸出的作用力大、體積小、分辨力高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點,特別適合高精度、高速度、高集成度的應(yīng)用場合,在自適應(yīng)光學(xué)補償、光束跟蹤和指向、圖像穩(wěn)定、激光掃描、跟蹤、捕獲、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、空間光通信等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,大角度快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度的精確測量問題尚缺乏有效的解決方案。研究一種高精度的動態(tài)偏轉(zhuǎn)角度測量方法,并建立相應(yīng)的測量系統(tǒng)以集成到快速控制反射鏡中構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)高精度的反饋控制,是快速控制反射鏡應(yīng)用于快速高精度的圖像穩(wěn)定、目標(biāo)捕獲和光束指向的必然要求和前提。本文設(shè)計了一種壓電式快速控制反射鏡,針對其偏轉(zhuǎn)角度測量問題,研究了一種基于位置敏感探測器的大角度動態(tài)偏轉(zhuǎn)角度測量方法,建立了測量系統(tǒng)并對其特性進行了分析。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計開發(fā)了快速控制反射鏡的大角度動態(tài)偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)的原型,建立了相應(yīng)的測試系統(tǒng)進行了實驗測試。理論分析結(jié)果和實驗測試結(jié)果表明本文提出的快速控制反射鏡的大角度動態(tài)偏轉(zhuǎn)角度測量方法和系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的實現(xiàn)大于3°的動態(tài)偏轉(zhuǎn)角度測量。本文研究的主要內(nèi)容如下:①研究并設(shè)計了一種大角度壓電式快速控制反射鏡,解決了常規(guī)的壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度較小的問題,并對大角度壓電式快速控制反射鏡系統(tǒng)的驅(qū)動電路和控制器進行了分析。②提出了一種針對壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉(zhuǎn)測量的方法,分析了大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)的測量原理并建立偏轉(zhuǎn)角度和光點在位置敏感探測器敏感區(qū)域位移的關(guān)系。介紹了大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)硬件模塊與軟件模塊,在此基礎(chǔ)上,分析了此系統(tǒng)的測量范圍、分辨力和誤差等特性,證實了大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量方法的可行性。③基于快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量原理,選用合適的光源、透鏡和位置敏感探測器PSD設(shè)計并搭建了整個光路系統(tǒng)。根據(jù)位置敏感探測器本身特性設(shè)計并開發(fā)了信號處理電路,實現(xiàn)了對位置敏感探測器輸出小電流的處理。設(shè)計開發(fā)了位置敏感探測器處理電路輸出信號的采集和計算的軟件模塊,實現(xiàn)了光點在PSD敏感區(qū)域的位置坐標(biāo)和壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉(zhuǎn)測量結(jié)果的顯示。④基于搭建的大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)原型設(shè)計并進行了位置敏感探測器線性度測試和大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)的紋波測試、測量準(zhǔn)確度測試、測量范圍測試、分辨力測試,分析了其測量結(jié)果誤差。測試結(jié)果表明角度測量系統(tǒng)的線性度優(yōu)于95%,紋波小于0.086°,準(zhǔn)確度小于0.055°,測角范圍大于3°,分辨力優(yōu)于0.043°。本文設(shè)計的大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)具有紋波小、測量范圍大、準(zhǔn)確度和分辨力高的優(yōu)點,實現(xiàn)了針對壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確測量。本文的研究工作為壓電式快速控制反射鏡大角度偏轉(zhuǎn)的測量奠定了基礎(chǔ),促進了大角度壓電式快速控制反射鏡的廣泛應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：快速控制反射鏡 壓電陶瓷執(zhí)行器 大角度偏轉(zhuǎn) 角度測量 位置敏感探測器
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 壓電式快速控制反射鏡研究現(xiàn)狀9-15
• 1.3 快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量研究現(xiàn)狀15-24
• 1.3.1 基于面形精度的角度測量16-19
• 1.3.2 基于鏡面角位移的角度測量19-24
• 1.4 本文的研究目的和主要內(nèi)容24-25
• 1.4.1 研究目的24
• 1.4.2 研究內(nèi)容24-25
• 1.5 全文安排25-27
• 2 大角度壓電式快速控制反射鏡的設(shè)計原理與系統(tǒng)27-33
• 2.1 引言27
• 2.2 工作原理27
• 2.3 系統(tǒng)組成27-31
• 2.3.1 執(zhí)行機構(gòu)28-30
• 2.3.2 驅(qū)動電路30-31
• 2.3.3 控制器31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 3 大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量原理與系統(tǒng)33-47
• 3.1 引言33-34
• 3.2 工作原理34-35
• 3.3 系統(tǒng)組成35-41
• 3.3.1 硬件模塊35-39
• 3.3.2 軟件模塊39-41
• 3.4 特性分析41-45
• 3.4.1 角度測量范圍41-42
• 3.4.2 分辨力42
• 3.4.3 誤差分析42-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 4 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 光路設(shè)計47-53
• 4.3 電路設(shè)計53-56
• 4.3.1 PSD信號處理電路53-56
• 4.3.2 數(shù)據(jù)采集56
• 4.4 軟件設(shè)計56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-61
• 5 測試及結(jié)果分析61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 測試原理61-62
• 5.2.1 位置敏感探測器PSD線性度測試原理61
• 5.2.2 大角度快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)測試原理61-62
• 5.3 測試系統(tǒng)及裝置62-64
• 5.3.1 位置敏感探測器PSD線性度測試系統(tǒng)及裝置62-63
• 5.3.2 大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量測試系統(tǒng)及裝置63-64
• 5.4 測試結(jié)果及分析64-70
• 5.4.1 位置敏感探測器PSD線性度測試結(jié)果及分析64-65
• 5.4.2 大角度壓電式快速控制反射鏡偏轉(zhuǎn)角度測量結(jié)果及分析65-69
• 5.4.3 測量結(jié)果誤差分析69-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 6 全文總結(jié)與展望71-73
• 6.1 本文主要研究工作71-72
• 6.2 本文的貢獻與創(chuàng)新點72
• 6.3 后續(xù)工作及展望72-73
• 致謝73-75
• 參考文獻75-81
• 附錄81
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文81
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目81
• C. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間其他相關(guān)工作81

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本文編號：1072825