CN109375366B - 一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统，所述方法，包括：步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。本发明以驱动单元及其邻域的电压平均值为参考点，按比例向电压平均值缩小到使其相邻的驱动单元的电压差等于变形镜的保护阈值，实现保护变形镜的目的，从而安全、快速、精确地控制变形镜镜面变形。

Description

一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统

技术领域

本发明涉及激光自适应光学应用领域，具体涉及一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统。

背景技术

激光光束质量控制是依靠自适应光学技术来实现的，而目前该技术通过控制变形镜镜面的变形以校正像差，从而达到控制光束质量的目的。由于变形镜在系统中的关键性，对其正常运行条件受到限制。根据变形镜的物理特性，其任意相邻两个陶瓷作动器间的电压差超过某个阈值V_T容易损坏镜面，此即为邻域电压保护，这与变形镜陶瓷在空间平面上的布局关系很大。另外同一作动器本次所加电压与上次所加电压之差不能超过变形镜规定的阈值，此即为微分电压限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为解决如何安全、快速、精确地控制变形镜镜面变形，提供一种基于邻域的变形镜电压保护方法及变形镜系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于邻域的变形镜电压保护方法，包括：

步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；

步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。

进一步，按顺序遍历识别所有驱动单元及其邻域，并重复执行步骤1-2。

进一步，所述调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近的方法为：将相邻的两个驱动单元的电压按比例向所述电压平均值靠近。

一种变形镜系统，包括：激光光源、变形镜、分光镜、H-S波前传感器、图像处理器、变形镜控制器和变形镜驱动器；

所述变形镜控制器，用于通过应用如权利要求1-3任一项所述的基于邻域的变形镜电压保护方法，输入光斑质心阵列坐标，对应驱动单元的序号，输出为驱动变形镜变形的安全电压矢量V＝[v₁,v₂,v₃,…,v_M]，M为驱动单元数量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明以驱动单元及其邻域的电压平均值为参考点，按比例向电压平均值缩小到使其相邻的驱动单元的电压差等于变形镜的保护阈值，实现保护变形镜的目的，从而安全、快速、精确地控制变形镜镜面变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明应用基于邻域的变形镜电压保护方法的变形镜系统结构图。

图2为本发明的基于邻域的变形镜电压保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种基于邻域的变形镜电压保护方法，包括：

步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；

步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种基于邻域的变形镜电压保护方法，其变形镜系统如图1所示，包括：激光光源、变形镜、分光镜、H-S波前传感器、图像处理器、变形镜控制器和变形镜驱动器；

所述激光光源为强激光光源，用于产生固定波长的强激光束。

所述变形镜，用于根据固定波长的强激光束，产生不同质量的光斑图像。

所述分光镜用于将强光束进行耦合一部分给H-S波前传感器，以实现光束质量的检测。

所述H-S波前传感器，用于检测光束波前像差，并输出带有阵列光斑的图像。

所述图像处理器一般为基于FPGA的嵌入式系统，用于对阵列光斑图像进行预处理，提取光斑质心坐标。

所述变形镜控制器一般为基于高速DSP的嵌入式控制系统，用于通过应用如所述基于邻域的变形镜电压保护方法，输入光斑质心阵列坐标，对应驱动单元的序号，输出为驱动变形镜变形的安全电压矢量V＝[v₁,v₂,v₃,…,v_M]，M为驱动单元数量。

所述变形镜驱动器为控制变形镜的电压执行机构，其作用是将电压矢量放大以驱动变形镜镜面变形。

所述电压矢量，既是变形镜控制器计算出加到每一个驱动单元上的电压值序列，按驱动单元的序号顺序排列。

所述邻域电压，是指每个序号的驱动单元都有相邻的驱动单元，其周围驱动单元的输出电压的集合称为邻域电压。

所述邻域电压保护，是指以驱动单元及其邻域的平均电压值为基准，将相邻电压差超过保护阈值的通道向该基准按比例缩小到电压差等于或略小于保护阈值，即可达到阈值保护的目的。

基于邻域的变形镜电压保护方法，具体如图2所示：

以图1中的伪六边形的驱动单元排布为例(其它分布如矩形分布，不等距分布于此计算同，只需把邻域划出即可)，圆圈中数字为驱动单元的序号，每个序号的驱动单元周围都有相邻的驱动单元，以一驱动单元以及其相邻的驱动单元作为该驱动单元的邻域，除边缘外，每个单元有6个邻域。

首先，步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；

对每一个驱动单元识别出其邻域，如驱动单元10的邻域有驱动单元1，2，9，11，18和19，加上驱动单元10本身一共有7个驱动单元。在这7个驱动单元中，如果识别到某两个相邻驱动单元的电压差超出保护阈值，却不知道这两个驱动单元的电压的调整方向，是将小数往上调还是将大数往下调。为此，先求这7个驱动单元的电压平均值为：

其中，K为参加计算的驱动单元数。如驱动单元9的邻域中只有1，10，18三个，这时K＝4；驱动单元10邻域数为6，K＝7；驱动单元60的邻域数为2，故K＝3。

为了不影响波平面的整体效果，让相邻的两个驱动单元的电压向这7个单元的电压平均值的方向靠近。即以该7个驱动单元的电压平均值为基准，在这7个驱动单元中，任意两个相邻的驱动单元的电压差超过保护阈值时，均按比例向平均值靠近，使两个驱动单元的电压差等于或略小于阈值。即，步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。

具体地，两个驱动单元的电压v_i和v_k之差如小于等于保护阈值v_t，则保持不变，反之，将相邻的两个驱动单元的电压按比例向所述电压平均值靠近，调整如下(v_i＞v_k)：

其中，式中v’_i和v’_k分别是v_i和v_k调整前的值。若v_i＜v_k则反方向调整。通过上式计算出的v_i和v_k最后即为当次调整后的值。

由于调整后面的驱动单元可能还变动前面调整过的驱动单元，所以遍历一次后，有可能还有不安全的邻域，需要按顺序遍历识别所有驱动单元及其邻域，并重复执行步骤1-2，直到每个邻域安全为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于邻域的变形镜电压保护方法，其特征在于，包括：

步骤1，计算驱动单元及其邻域的电压平均值；以一驱动单元以及其相邻的驱动单元作为该驱动单元的邻域，除边缘外，每个驱动单元有6个邻域；

步骤2，判断在所述驱动单元及其邻域中的相邻的两个驱动单元的电压差是否超过保护阈值；若超过保护阈值，则调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近，使相邻的两个驱动单元的电压差小于或等于保护阈值。

2.如权利要求1所述的基于邻域的变形镜电压保护方法，其特征在于，按顺序遍历识别所有驱动单元及其邻域，并重复执行步骤1-2。

3.如权利要求1所述的基于邻域的变形镜电压保护方法，其特征在于，步骤2中，所述调整相邻的两个驱动单元的电压向所述电压平均值靠近的方法为：将相邻的两个驱动单元的电压按比例向所述电压平均值靠近。

4.一种变形镜系统，其特征在于，包括：激光光源、变形镜、分光镜、H-S波前传感器、图像处理器、变形镜控制器和变形镜驱动器；

所述变形镜控制器，用于通过应用如权利要求1-3任一项所述的基于邻域的变形镜电压保护方法，输入光斑质心阵列坐标，对应驱动单元的序号，输出为驱动变形镜变形的安全电压矢量V＝[v₁,v₂,v₃,…,v_M]，M为驱动单元数量。

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