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).pdf

1、快速控制反射鏡（Fast Steering Mirror，F(xiàn)SM）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、

2、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

3、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：
　?、傺芯坎⒃O(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

4、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。
　?、谔岢隽艘环N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。

5、>　?、刍诳焖倏刂品瓷溏R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。
　?、芑诖罱ǖ拇蠼嵌葔弘娛娇焖倏刂品瓷溏R偏轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)原型設(shè)計并進行了位置敏

6、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