康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、近年來我國(guó)的航天事業(yè)迅猛發(fā)展，因而對(duì)航天事業(yè)中使用的各種裝備不斷提出新的要求。作為航天探測(cè)中的一類有效載荷，X/γ探測(cè)器在許多場(chǎng)合都有很重要的作用。X/γ探測(cè)器在執(zhí)行探測(cè)任務(wù)之前需要在地面進(jìn)行非常精確的定標(biāo)實(shí)驗(yàn)，而現(xiàn)階段無法通過已有的放射源進(jìn)行精確定標(biāo)，所以迫切需要探求到一種單色性好、能量覆蓋范圍廣且峰值能量可調(diào)的γ光源來滿足X/γ探測(cè)器的定標(biāo)需求。
　　γ射線是通過電子束與激光進(jìn)行碰撞發(fā)生康普頓散射而獲得的，所以需要讓束腰半徑都

2、是20μm的激光束與電子束在空間中進(jìn)行高精度的碰撞。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）發(fā)展現(xiàn)狀的研究，論文設(shè)計(jì)出一套康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來精確控制激光的光路，讓其與電子束發(fā)生高精度的碰撞。
　　康普頓實(shí)驗(yàn)中使用的激光和電子束都是不可見的，論文提出在激光和電子束的設(shè)定碰撞點(diǎn)處放一個(gè)YAG熒光靶，讓激光和電子束打在熒光靶上產(chǎn)生熒光效應(yīng)，出現(xiàn)兩個(gè)可見光斑，通過康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來改變激光光路，進(jìn)而改變激光光斑在熒光靶上的位置，最后

3、讓兩個(gè)光斑達(dá)到要求的重合度。
　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光路的精確控制，精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)中激光反射鏡的轉(zhuǎn)角定位精度需要達(dá)到6×10-4度。論文選用具有納米分辨率的壓電陶瓷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，設(shè)計(jì)無機(jī)械摩擦、無間隙、結(jié)構(gòu)緊湊的柔性鉸鏈作為傳動(dòng)元件，以保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的定位精度。
　　由于激光和電子束束腰半徑只有20μm，論文提出采用高分辨率的CCD相機(jī)和顯微鏡頭來對(duì)熒光靶上激光和電子束的光斑位置進(jìn)行檢測(cè)，以保證兩個(gè)光斑的重合度。論文還使用模糊P

4、ID控制算法構(gòu)建基于視覺反饋的全閉環(huán)控制系統(tǒng)來對(duì)光斑位置進(jìn)行快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。
　　論文對(duì)康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，結(jié)果顯示其最大應(yīng)力和行程符合使用要求。然后分析由加工精度引起的柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)剛度誤差，并用誤差數(shù)據(jù)對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，通過Simulink進(jìn)行仿真來驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的可行性。最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比PID算法和模糊PID算法的控制效果，發(fā)現(xiàn)模糊PID控制算法適應(yīng)性更強(qiáng)，超調(diào)較小，