CN101881975B

CN101881975B - 双光楔激光光束角度自动控制仪

Info

Publication number: CN101881975B
Application number: CN2010102077298A
Authority: CN
Inventors: 蒋武根; 吕战强; 万华; 谢勤伟; 陈�峰; 张大庆; 蔡亚; 陈金业; 徐宏坤
Original assignee: No 60 Institute of Headquarters of General Staff of PLA
Current assignee: No 60 Institute of Headquarters of General Staff of PLA
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: CN101881975A

Abstract

本发明双光楔激光光束角度自动控制仪涉及一种高精度双光楔激光光束角度自动控制仪器，特别是一种应用于激光实兵对抗系统中的光束调整装置，其功能在二维方向上快速、准确的调节出射激光的角度以达到精确瞄准的目的。由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成；激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射机镜筒；光楔调节部件包括步进电机一、步进电机二、光楔齿轮一、光楔齿轮二、一级码盘一、一级码盘二、二级码盘一、二级码盘二、一级光耦一、一级光耦二、光楔镜片一、光楔镜片二、光楔齿轮基座、小齿轮一和小齿轮二；控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电路。

Description

双光楔激光光束角度自动控制仪

技术领域

本发明双光楔激光光束角度自动控制仪涉及一种高精度双光楔激光光束角度自动控制仪器，特别是一种应用于激光实兵对抗系统中的光束调整装置，其功能在二维方向上快速、准确的调节出射激光的角度以达到精确瞄准的目的。

背景技术

双光楔在光学传递系统中有着广泛的应用。通过不同结构参数的光楔组合可得到不同的光束偏转角，在光学传输过程中，有时需要实现在一定的视场角范围内光束偏转，并实现精确的出射光斑定位，如在激光实兵对抗系统中，需要激光发射机光斑与瞄准系统瞄准点精确重合。这就需要通过精密机械系统以及电路控制系统来实现，而目前激光发射机及控制仪器无法实现。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足之处提供一种双光楔激光光束角度自动控制仪，是一种结构简单、高精度、高可靠性的激光光束角度自动校准仪器。

本发明双光楔激光光束角度自动控制仪是采取以下技术方案实现：

双光楔激光光束角度自动控制仪由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成。激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射机镜筒，激光源和凸透镜安装在激光发射镜筒内，将激光源产生的光线通过凸透镜汇聚成平行光。所述激光源采用半导体激光器。光楔调节部件包括步进电机一、步进电机二、光楔齿轮一、光楔齿轮二、一级码盘一、一级码盘二、二级码盘一、二级码盘二、一级光耦一、一级光耦二、二极光耦一、二级光耦二、光楔镜片一、光楔镜片二、光楔齿轮基座、小齿轮一和小齿轮二。

光楔调节部件中：光楔镜片一胶合在光楔齿轮一中心部，光楔齿轮一安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮一端面上安装有一级码盘一，通过一级光耦一反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮一与光楔齿轮一啮合，同时与步进电机一、二级码盘一共轴装配在一起，步进电机一带动小齿轮一旋转、同时驱动光楔齿轮一时，二级码盘一通过二级光耦一反馈信号，以记录光楔镜片一旋转的具体角度。

光楔镜片二胶合在光楔齿轮二中心部，光楔齿轮二安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮二端面上安装有一级码盘二，通过一级光耦二反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮二与光楔齿轮二啮合，同时与步进电机二、二级码盘二共轴装配在一起，步进电机二带动小齿轮二旋转、同时驱动光楔齿轮二时，二级码盘二通过二级光耦二反馈信号，以记录光楔镜片二旋转的具体角度。

激光发射部件将激光源产生的光线通过准直透镜汇聚成平行光。光楔调节部件中：光楔镜片胶合在光楔齿轮中心部，光楔齿轮安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮端面上安装有一级码盘，通过一级光耦反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮与光楔齿轮啮合，同时与步进电机、二级码盘共轴装配在一起，步进电机带动小齿轮旋转、同时驱动光楔齿轮时，二级码盘通过二级光耦反馈信号，以记录光楔镜片旋转的具体角度。

控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电路。主控电路与串口通讯电路、4路反馈电路、调制电路连接，调制电路与电机控制驱动电路连接，用于信号的传输和反馈，调制电路采用SP3232E接收器，SP3232E在关断模式下只需1uA的电源电流就可实现对外部信号的监测；主控电路选用ST公司的Cortex-M3处理器作为核心控制芯片，为调制电路提供驱动信号，4路反馈电路分别与一级光耦一、一级光耦二、二极光耦一、二级光耦二相连，通过接受光耦信号，防止电机调节超出范围；调制电路与电机控制电路相连，通过PWM实现电机缓慢加速、匀速控制、减速停止；电机控制电路分别与步进电机一、步进电机二相连，电机控制驱动电路采用L298N驱动芯片，每路控制信号都有过流保护功能。

工作原理：双光楔激光光束角度自动控制仪工作时，控制电路中串口通讯电路得到弹道调整指令，主控电路根据弹道模型和光楔运行机构特性计算电机需要运转的方向和步数；调制电路控制电机运行的速度和力矩，实现点击变速控制，减少失步概率，反馈电路控制机构进行细微调节，最终实现弹道的精确模拟。

双光楔激光光束角度自动控制仪工作时，激光发射部件将激光源产生的光线通过凸透镜汇聚成平行光。光楔调节部件中：光楔镜片胶合在光楔齿轮中心部，光楔齿轮安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮端面上安装有一级码盘，通过一级光耦反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮与光楔齿轮啮合，同时与步进电机、二级码盘共轴装配在一起，步进电机带动小齿轮旋转、同时驱动光楔齿轮时，二级码盘通过二级光耦反馈信号，以记录光楔镜片旋转的具体角度。

控制电路中串口通讯电路得到弹道调整指令，主控电路根据弹道模型和光楔运行机构特性计算电机需要运转的方向和步数；调制电路控制电机运行的速度和力矩，实现点击变速控制，减少失步概率，反馈电路控制机构进行细微调节，最终实现弹道的精确模拟。

本发明技术有益效果：

1、双光楔激光光束角度自动控制仪的调节机构基于双光楔原理，两个圆形光楔固定于光楔齿轮上。两个控制步进电机固定于底板上，通过精密齿轮驱动光楔齿轮旋转，机械结构精度高，工作时平稳无抖动。

2、双光楔激光光束角度自动控制仪的光楔齿轮基座上设置光藕和码盘，工作时能实时反馈转动角度，提高了整个系统的控制精度。

3、双光楔激光光束角度自动控制仪，是一种结构简单、高精度、高可靠性的激光光束角度自动校准仪器。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明双光楔激光光束角度自动控制仪主视图。

图2是本发明双光楔激光光束角度自动控制仪A向视图。

图3是本发明双光楔激光光束角度自动控制仪的控制电路框图。

图中标号：1、底板，2、步进电机二，3、步进电机一，4、二极光耦一，5、二极码盘一，6、二级光耦二，7、二级码盘二，8、光楔镜片二，9、光楔镜片一，10、一级光耦二，11、一级码盘二，12、光楔齿轮二，13、光楔齿轮基座，14、楔板，15、光楔齿轮一，16、一级光耦一，17、一级码盘一，18、激光发射镜筒，19、凸透镜，20、激光源，21、小齿轮一，22、小齿轮二。

具体实施方式

参照附图1～3，双光楔激光光束角度自动控制仪由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成。激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射镜筒18，激光源20和凸透镜19安装在激光发射镜筒18内，将激光源20产生的光线通过凸透镜19汇聚成平行光。所述激光源20采用半导体激光器。光楔调节部件包括步进电机一3、步进电机二2、光楔齿轮一15、光楔齿轮二12、一级码盘一17、一级码盘二11、二级码盘一5、二级码盘二7、一级光耦一16、一级光耦二10、二极光耦一4、二级光耦二6、光楔镜片一9、光楔镜片二8、光楔齿轮基座13、小齿轮一21和小齿轮二22。

光楔调节部件中：光楔镜片一9胶合在光楔齿轮一15中心部，光楔齿轮一15安装在光楔齿轮基座13内，可绕中心转动，由楔板14限制其轴向位置；光楔齿轮一15端面上安装有一级码盘一17，通过一级光耦一16反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮一21与光楔齿轮一15啮合，同时与步进电机一3、二级码盘一5共轴装配在一起，步进电机一3带动小齿轮一21旋转、同时驱动光楔齿轮一10时，二级码盘一5通过二级光耦一4反馈信号，以记录光楔镜片一9旋转的具体角度。

光楔镜片二8胶合在光楔齿轮二12中心部，光楔齿轮二12安装在光楔齿轮基座13内，可绕中心转动，由楔板14限制其轴向位置；光楔齿轮二12端面上安装有一级码盘二11，通过一级光耦二6反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮二22与光楔齿轮二12啮合，同时与步进电机二2、二级码盘二7共轴装配在一起，步进电机二2带动小齿轮二22旋转、同时驱动光楔齿轮二12时，二级码盘二7通过二级光耦二6反馈信号，以记录光楔镜片二8旋转的具体角度。

所述光楔镜片一9和光楔镜片二8楔角为2°，材质采用K9玻璃。

激光发射部件将激光源20产生的光线通过凸透镜19汇聚成平行光。光楔调节部件中：光楔镜片胶合在光楔齿轮中心部，光楔齿轮安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮端面上安装有一级码盘，通过一级光耦反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮与光楔齿轮啮合，同时与步进电机、二级码盘共轴装配在一起，步进电机带动小齿轮旋转、同时驱动光楔齿轮时，二级码盘通过二级光耦反馈信号，以记录光楔镜片旋转的具体角度。

控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电路。主控电路与串口通讯电路、4路反馈电路、调制电路连接，调制电路与电机控制驱动电路连接，用于信号的传输和反馈，调制电路采用SP3232E接收器，SP3232E在关断模式下只需1uA的电源电流就可实现对外部信号的监测；主控电路选用ST公司的Cortex-M3处理器作为核心控制芯片，为调制电路提供驱动信号，4路反馈电路分别与一级光耦一16、一级光耦二10、二极光耦一4、二级光耦二6相连，通过接受光耦信号，防止电机调节超出范围；调制电路与电机控制电路相连，通过PWM实现电机缓慢加速、匀速控制、减速停止；电机控制电路分别与步进电机一3、步进电机二2相连，电机控制驱动电路采用L298N驱动芯片，每路控制信号都有过流保护。

所述步进电机一3、步进电机二2和光楔齿轮基座13分别安装在底板1上，一级光耦一16、一级光耦二10、二级光耦一4、二级光耦二6分别通过支架固定于底板1上。

附图3给出了激光光束自动校准仪电路控制框图。串口通讯电路得到弹道调整指令，主控电路根据弹道模型和光楔运行机构特性计算电机需要运转的方向和步数；调制电路控制电机运行的速度和力矩，实现点击变速控制，减少失步概率，反馈电路控制机构进行细微调节，最终实现弹道的精确模拟。

本发明实测结果表明：本发明双光楔激光光束角度自动控制仪的驱动步进电机转动步长为1.8°，减速机构的减速比不小于6，系统能够在35mrad范围内对出射激光的角度进行调节，调节精度小于0.2mrad。

Claims

1.一种双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成；激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射机镜筒，激光源和凸透镜安装在激光发射镜筒内；

光楔调节部件包括步进电机一、步进电机二、光楔齿轮一、光楔齿轮二、一级码盘一、一级码盘二、二级码盘一、二级码盘二、一级光耦一、一级光耦二、二级光耦一、二级光耦二、光楔镜片一、光楔镜片二、光楔齿轮基座、小齿轮一和小齿轮二；光楔镜片一胶合在光楔齿轮一中心部，光楔齿轮一安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮一端面上安装有一级码盘一，通过一级光耦一反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮一与光楔齿轮一啮合，同时与步进电机一、二级码盘一共轴装配在一起，步进电机一带动小齿轮一旋转、同时驱动光楔齿轮一时，二级码盘一通过二级光耦一反馈信号，以记录光楔镜片一旋转的具体角度；

光楔镜片二胶合在光楔齿轮二中心部，光楔齿轮二安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮二端面上安装有一级码盘二，通过一级光耦二反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮二与光楔齿轮二啮合，同时与步进电机二、二级码盘二共轴装配在一起，步进电机二带动小齿轮二旋转、同时驱动光楔齿轮二时，二级码盘上通过二级光耦二反馈信号，以记录光楔镜片二旋转的具体角度；

控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电路；主控电路与串口通讯电路、4路反馈电路、调制电路连接，调制电路与电机控制驱动电路连接，用于信号的传输和反馈，串口通讯电路与主控电路连接，4路反馈电路反馈给主控电路，主控电路输出给调制电路，调制电路输出给电机控制驱动电路；4路反馈电路分别与一级光耦一、一级光耦二、二极光耦一、二级光耦二相连，通过接受光耦信号，防止电机调节超出范围；调制电路与电机控制驱动电路相连，电机控制驱动电路分别与步进电机一、步进电机二相连，通过PWM实现电机缓慢加速、匀速控制、减速停止。

2.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述激光源采用半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述光楔镜片一和光楔镜片二楔角为2°。

4.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述调制电路采用SP3232E接收器。

5.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述主控电路选用Cortex-M3处理器作为核心控制芯片。

6.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于电机控制驱动电路采用L298N驱动芯片。