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一種基于壓電陶瓷的目標跟蹤系統
作者：
時(shí)間：2016-11-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2.3對高壓電路的要求
壓電陶瓷是利用其在外加電場(chǎng)作用下，具有逆壓電效應或電致伸縮效應產(chǎn)生形變。壓電陶瓷致動(dòng)器的驅動(dòng)電源應具有輸出電流大，文波小的特點(diǎn)。我們采用達林頓管構成有源濾波電路，可以實(shí)現小文波，大電流的輸出。在整流電路中，需要使用高壓大電容，需要放電回路，但是使用大電阻放電時(shí)間過(guò)長(cháng)；使用小電阻，在工作過(guò)長(cháng)中，電阻上的電流過(guò)大，導致電阻發(fā)熱過(guò)大。為此，我們采用兩級放電的辦法，可以解決以上放電時(shí)間長(cháng)，或電阻功耗過(guò)大的問(wèn)題。兩級放電回路原理圖如圖2 所示。當電容電壓很高時(shí)，比較器U1 輸出低電平，Q1 截止，電容只能通過(guò)，大電阻R1,R2 放電，當電容電壓低于某個(gè)臨界值時(shí)，U1 輸出高電平，電容通過(guò)小電阻R3 放電。
圖2 兩級放電回路
如圖3 為高壓驅動(dòng)電路及放電回路。輸入由D/A 轉換輸出的信號與反饋信號比較，若輸入D/A 轉換信號大，U1 輸出低電平，截止，電源對壓電陶瓷晶體充電。其中T2、構成達林頓管。U2 構成比較放大電路，輸出電壓與壓電陶瓷的電壓相比較，若壓電陶瓷晶體的電壓高，U2 輸出高電平，導通，壓電陶瓷晶體放電。反之，壓電陶瓷晶體充電。
2.4壓電陶瓷微位移裝置
壓電陶瓷（PZT）在外電場(chǎng)的作用下，內部的正負電荷中心產(chǎn)生相對位移，該位移使壓電體產(chǎn)生形變，表現為壓電陶瓷有一定的伸縮能力。利用壓電陶瓷（PZT）的伸縮能力可以實(shí)現對傾斜鏡的角度控制。其原理如圖4：
圖4 傾斜鏡系統原理圖
其中，O 為支點(diǎn),A,B 為壓電陶瓷（PZT）。大圓圈代表傾斜鏡.壓電陶瓷（PZT）的平衡點(diǎn)為驅動(dòng)器工作在100V 的工作電壓下。這樣，當驅動(dòng)電壓升高時(shí)，傾斜鏡向一個(gè)方向運動(dòng)；當驅動(dòng)電壓降低時(shí)，傾斜鏡向相反的方向運動(dòng)。
本系統的壓電陶瓷（PZT）在200V 電壓下可以伸長(cháng)30μm，即壓電陶瓷（PZT）的前后變化范圍為15 μm 。OA、OB 的長(cháng)為5 cm 。計算可知，傾斜鏡前后變化范圍為0.3 mrad 。又由于望遠鏡的放大倍數為10倍，
所以，本系統可以調節抖動(dòng)在3 mrad 以?xún)鹊墓獍?。完全能滿(mǎn)足我們的要求。
3.試驗結果與結論
試驗結果表明，本系統可以實(shí)現40Hz以?xún)却髿鈹_動(dòng)的校正，并且有很好的校正效果。下面我們給出具體的分析結果：采集數據是在下午3 點(diǎn)到4 點(diǎn)，當時(shí)的大氣相干長(cháng)度為5.5-7 之間。圖5 光斑抖動(dòng)情況。圖中帶圓圈線(xiàn)反映的是光斑抖動(dòng)情況，從圖中我們可以看出光斑抖動(dòng)的范圍比較大，并且包含高頻成分和低頻成分。不帶圓圈線(xiàn)反映的是跟蹤之后的光斑抖動(dòng)圖像。從圖可以看出光斑的抖動(dòng)范圍非常的小，并且以高頻成分為主，也含有一定的低頻成分。這是因為：一方面由于大氣湍流引起一公里光斑抖動(dòng)是微弧度量的，光斑抖動(dòng)非常的小，超出PSD的分辨率，另一方面由于機械抖動(dòng)引起的光斑抖動(dòng)。
圖5 光斑抖動(dòng)
下一步的工作：改進(jìn)系統的機械性能、提高系統的分辨率并進(jìn)一步提高系統的帶寬。
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