CN114326096A - 一种像移补偿快速反射镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像移补偿快速反射镜，包括反射镜片、柔性铰链、第一音圈电机、第二音圈电机、第一电涡流位移传感器、第二电涡流位移传感器和镜座。反射镜片为SiC一体式轻量化结构，柔性铰链包括上连接板、下连接板、第一簧片和第二簧片，第一簧片和第二簧片采用材料60Si2Mn弹簧钢制成并呈一定角度，第一、第二音圈电机的线圈分别通过两对球面垫圈与反射镜片长轴的两端固连，其中第一、第二球面垫圈分别位于反射镜片端部的上、下表面。本发明的优点在于：具有大摆扫角度的同时在非转动方向的固有频率高于1000Hz，能保证音圈电机具有均匀的初始周向空气间隙，具有更高的抗震能力和温度适应性。
Description
技术领域
本发明属于光电搜索预警系统像移补偿技术领域，具体涉及一种像移补偿快速反射镜。
背景技术
光电搜索预警系统在进行360°连续搜索扫描过程中会带来高频的扫描像移，造成图像拖尾，导致成像质量下降。在成像光路中加入像移补偿快速反射镜，利用其反向转动使焦平面探测器在积分时间内获得相对自身保持静止的场景图像，从而消除图像拖尾现象。作为光电搜索预警系统的关键部件，像移补偿快速反射镜的性能优劣直接影响系统的成像质量。
随着光电搜索预警系统搜索速率的加快和焦平面探测器积分时间的增加，要求像移补偿快速反射镜具有更大的摆扫角度，而现有的像移补偿反射镜偏转角度普遍偏小；现有的装配方法很难确保音圈电机的线圈与磁钢之间具有均匀的初始周向空气间隙，当补偿反射镜片转动带动线圈一起偏转时，音圈电机某个方向的初始周向空气间隙将小于线圈的径向位移，从而限制了补偿反射镜的摆扫角度。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种像移补偿快速反射镜，使其具有大摆扫角度，同时保证音圈电机具有均匀的初始周向空气间隙，以满足大偏转角度引起的线圈径向位移要求。
本发明所述的像移补偿快速反射镜，包括反射镜片、柔性铰链、第一音圈电机、第二音圈电机、第一电涡流位移传感器、第二电涡流位移传感器和镜座。所述反射镜片背部中心与殷钢块胶接。所述柔性铰链包括上连接板、下连接板、第一簧片和第二簧片，第一簧片和第二簧片分别通过螺钉与上连接板及下连接板固连，所述上连接板与殷钢块通过螺钉固连，所述下连接板通过螺钉与镜座固连，所述第一簧片和第二簧片采用材料60Si2Mn弹簧钢制成，第一簧片和第二簧片呈一定角度。所述第一音圈电机和第二音圈电机的磁钢与镜座固连，第一、第二音圈电机的线圈分别通过两对球面垫圈与反射镜片长轴的两个端部固连，其中第一球面垫圈位于反射镜片长轴端部的上表面，第二球面垫圈位于反射镜片长轴端部的下表面。所述第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器安装在传感器支架上，传感器支架与镜座固连。所述反射镜片背部还粘接有第一传感器感应板和第二传感器感应板，它们分别位于反射镜片转动轴线两侧，且到转动轴线的距离相等，第一电涡流位移传感器的探头中心正对第一传感器感应板中心，第二电涡流位移传感器的探头中心正对第二传感器感应板中心。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.本发明所设计的柔性铰链具有高离轴刚度比，可为反射镜片提供±2.2°的偏转角度范围，同时使像移补偿快速反射镜系统在非转动方向的固有频率高于1000Hz，有利于提高系统控制带宽；
2.通过双球面垫圈结构确保音圈电机具有均匀的初始周向空气间隙，以满足大偏转角度引起的线圈径向位移要求；
3.采用两个电涡流位移传感器实现反射镜片线性位移的同步探测，利用差分位移测量方法消除振动或热变形引起的角度测角误差，使像移补偿快速反射镜具有更好的抗震能力和温度适应性。
附图说明
图1为本发明提出的像移补偿快速反射镜结构示意图；
图2为本发明提出的柔性铰链结构示意图；
图3为本发明偏转角度闭环控制驱动电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示的像移补偿快速反射镜，包括反射镜片1、柔性铰链2、第一音圈电机3A、第二音圈电机3B、第一电涡流位移传感器4A、第二电涡流位移传感器4B和镜座5。所述反射镜片1为SiC一体式轻量化结构，轻量化率为46％，该结构在保证高刚度的同时具有低转动惯量。所述反射镜片1背部中心与殷钢块6胶接，由于殷钢与SiC的线膨胀系数相近，此结构可以减小其它结构件由于温度变化产生的热应力对反射镜片1镜面面形精度的影响。所述第一音圈电机3A和第二音圈电机3B的磁钢与镜座5固连，第一、第二音圈电机的线圈分别通过两对球面垫圈与反射镜片1长轴的两个端部固连，其中第一球面垫圈7A、7C位于反射镜片1长轴端部的上表面，第二球面垫圈7B、7D位于反射镜片1长轴端部的下表面，在反射镜片1端部与音圈电机线圈的装配过程中，通过调节上下两对球面垫圈可以消除由于反射镜片端部上表面和下表面之间的平行度误差引起的音圈电机线圈轴线相对磁钢轴线的偏斜，从而保证所述音圈电机具有均匀的初始周向空气间隙。
所述第一电涡流位移传感器4A和第二电涡流位移传感器4B分别安装在第一传感器支架8A和第二传感器支架8B上，所述传感器支架8A、8B与镜座5固连。所述反射镜片1背部还粘接有第一传感器感应板9A和第二传感器感应板9B，它们分别位于反射镜片1转动轴线两侧，且到转动轴线的距离相等，第一电涡流位移传感器4A的探头中心正对第一传感器感应板9A中心，第二电涡流位移传感器4B的探头中心正对第二传感器感应板9B中心。当所述反射镜片1偏转一定角度时，第一电涡流位移传感器4A和第二电涡流位移传感器4B的探头同时探测到反射镜片1的线性位移变化，且两个电涡流位移传感器探测到的线性位移为一正一负，从而利用差分测量方法来获取反射镜片1的实时偏转角度。当外界振动或热变形造成所述反射镜片1产生轴向位移时，两个电涡流位移传感器4A和4B的探头将同时探测到该位移，并通过差分计算消除该位移。因此，相较单个位移传感器测量而言，差分位移测量方法能够消除振动或热变形引起的角度测角误差，提高反射镜片1偏转角度的精度。
如图2所示的柔性铰链2，包括上连接板201、下连接板202、第一簧片203和第二簧片204。第一簧片203和第二簧片204分别通过螺钉与上连接板201及下连接板202固连，上连接板201与所述殷钢块6固连，下连接板202与所述镜座5固连。所述第一簧片203和第二簧片204采用材料60Si2Mn弹簧钢制成，两个簧片呈一定角度。当反射镜片1偏转一定角度时，两个簧片沿转轴方向发生弯曲变形，而在非转轴方向保持高刚度，因此所述柔性铰链2具有高离轴刚度比，能为反射镜片提供±2.2°的偏转角度范围，同时，使像移补偿快速反射镜系统在非转动方向的固有频率高于1000Hz，有利于提高系统控制带宽。
像移补偿快速反射镜偏转角度闭环控制驱动电路框图如图3所示，偏转角度闭环控制方法的实现步骤为：控制器产生理想的像移补偿波形，经驱动器放大产生驱动波形，驱动音圈电机的线圈产生直线位移，音圈电机3A和3B的线圈位移方向相反，在反射镜片1两端形成一推一拉的力偶，在该力偶矩的作用下，反射镜片1绕旋转轴线转动。反射镜片1转动的同时，两个电涡流位移传感器探头分别探测到与反射镜片1轴线两侧传感器感应板的间距变化，其中，第一、第二传感器感应板分别与第一、第二电涡流位移传感器探头的间距，一个增加、一个减小，第一、第二电涡流位移传感器实时输出反映间距变化的电信号，经传感器控制器进行信号放大和低通滤波，再经差分计算，转化成反射镜片1的实时偏转角度，并将该角度反馈给控制器，与目标偏转角度进行对比，产生误差信号，再经控制器输出实现闭环控制，从而推动反射镜片1产生期望的角度偏转。
Claims (3)
1.一种像移补偿快速反射镜，其特征在于：包括反射镜片(1)、柔性铰链(2)、第一音圈电机(3A)、第二音圈电机(3B)、第一电涡流位移传感器(4A)、第二电涡流位移传感器(4B)和镜座(5)；所述反射镜片(1)背部中心与殷钢块(6)胶接；所述柔性铰链(2)包括上连接板(201)、下连接板(202)、第一簧片(203)和第二簧片(204)；第一簧片(203)和第二簧片(204)分别通过螺钉与上连接板(201)及下连接板(202)固连，上连接板(201)与所述殷钢块(6)固连，下连接板(202)与所述镜座(5)固连；所述第一音圈电机(3A)和第二音圈电机(3B)的磁钢与镜座(5)固连，第一、第二音圈电机的线圈分别通过两对球面垫圈与反射镜片(1)长轴的两个端部固连，其中第一球面垫圈(7A、7C)位于反射镜片(1)长轴端部的上表面，第二球面垫圈(7B、7D)位于反射镜片(1)长轴端部的下表面；所述第一电涡流位移传感器(4A)和第二电涡流位移传感器(4B)分别安装在第一传感器支架(8A)和第二传感器支架(8B)上，所述传感器支架(8A)和(8B)与镜座(5)固连；所述反射镜片(1)背部还粘接有第一传感器感应板(9A)和第二传感器感应板(9B)，它们分别位于反射镜片(1)转动轴线两侧，且到转动轴线的距离相等，第一电涡流位移传感器(4A)的探头中心正对第一传感器感应板(9A)中心，第二电涡流位移传感器(4B)的探头中心正对第二传感器感应板(9B)中心。
2.根据权利要求1所述的像移补偿快速反射镜，其特征在于：反射镜片(1)为SiC一体式轻量化结构，轻量化率为46％。
3.根据权利要求1和2所述的像移补偿快速反射镜，其特征在于：第一簧片(203)和第二簧片(204)采用材料60Si2Mn弹簧钢制成，第一簧片(203)和第二簧片(204)呈一定角度，可为反射镜片(1)提供±2.2°的偏转角度范围，使像移补偿快速反射镜系统在非转动方向的固有频率高于1000Hz。
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