CN116360119A - 适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质 - Google Patents

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CN116360119A CN202310411794.XA CN202310411794A CN116360119A CN 116360119 A CN116360119 A CN 116360119A CN 202310411794 A CN202310411794 A CN 202310411794A CN 116360119 A CN116360119 A CN 116360119A
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张鑫宇
吴天宇
王之卓
袁浩然
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Abstract

本申请提供适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质，所述系统包括：系统本体；光学元件支架，固定于所述系统本体上；所述光学元件支架上设有角度调节机构；光学元件，设于所述角度调节机构上以通过所述角度调节机构带动其进行角度调节；入射光束在经所述光学元件后发生偏转；振动传感器，设于所述系统本体上，用于探测系统的振动信号；光束抖动探测器，设于经所述光学元件后发生偏转的出射光束的出光路径上，用于探测所述出射光束的抖动信号。本发明以线性振动传感器的信号作为反馈信号，采用光学元件支架上的角度调节机构补偿光学元件的角度振动，以实现最终光斑的振动稳定性要求。

Description

适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质
技术领域
本申请涉及仪器设备技术领域，特别是涉及适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质。
背景技术
在同步辐射、自由电子激光、长程激光等大科学装置中，微小的角度抖动都会由于长距离的传输而被放大。因此，该类装置对关键光学元件的角度稳定性具有非常高的要求。为提高整个装置或者系统的稳定性，一方面尽量将该装置建设在环境震动较小的区域，例如地下室、地下实验平台或者隔振平台上；另一方面设计较高稳定性的角度调节机构以提高固有模态频率，合适阻尼的结构材料以降低角度振动响应等。
但是，对于环境产生的5Hz以下的低频振动，进行振动隔离比较困难。以硬X射线自由电子激光装置为例，该装置安装在地下约30米深的隧道里，总长达3公里。电子加速后产生的X光，需要经过偏转镜、单色器和聚焦镜等光学元件传输到实验站进行相关实验。而隧道由于受到自然环境、人为活动等因素干扰而振动，从而导致安装在隧道上的光学元件也相应的振动，最终导致光束传输到试验站后的指向稳定性下降，尤其是对于偏转镜和反射类聚焦镜组，微小的角度振动通过长距离的放大后，将对光束指向稳定性产生很大的影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质，用于解决现有技术中对低频振动的角度偏差难以补偿的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种适于低频振动的角度偏差补偿系统，包括：系统本体；光学元件支架，固定于所述系统本体上；所述光学元件支架上设有角度调节机构；光学元件，设于所述角度调节机构上以通过所述角度调节机构带动其进行角度调节；入射光束在经所述光学元件后发生偏转；振动传感器，设于所述系统本体上，用于探测系统的振动信号；光束抖动探测器，设于经所述光学元件后发生偏转的出射光束的出光路径上，用于探测所述出射光束的抖动信号；其中，所述角度偏差补偿系统通过如下任一种方式进行角度偏差补偿：
基于所述振动传感器的振动信号与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差；以所述振动传感器的线性振动信号在延时所述时间差后所得的信号作为反馈信号；将所述反馈信号输入所述角度调节机构以进行比例补偿；调节所述角度调节机构的比例补偿系数直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳比例补偿系数；按照所述时间差和最佳比例补偿系数为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿；
或者，基于所述角度调节机构的实际角度变化量与所述光束抖动探测器的实际抖动幅度确定所述角度调节机构的实际比例补偿系数；基于所述实际比例补偿系数，调节所述振动传感器的线性振动信号与所述光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳时间差；以所述实际比例补偿系数和最佳时间差为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿。
于本申请的第一方面的一些实施例中，基于所述振动传感器的振动信号与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差，其过程包括：基于波形互相关分析法获取所述振动传感器的线性振动信号波形与所述光束抖动探测器的光束抖动信号波形之间波形相关性最强时的时间差。
于本申请的第一方面的一些实施例中，所述光束抖动探测器的光束抖动信号与所述光学元件的角度振动信号为同相位波形；所述振动传感器的线性振动信号与光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，等同于所述振动传感器的线性振动信号与所述光学元件的角度振动信号之间的时间差。
于本申请的第一方面的一些实施例中，所述系统本体包括长条形地基。
于本申请的第一方面的一些实施例中，所述光学元件支架包括偏转镜支架，用于夹持并调节所述光学元件的角度。
于本申请的第一方面的一些实施例中，所述光学元件为偏转镜，用于将入射光束偏转特定角度以相应改变光束的传播方向。
于本申请的第一方面的一些实施例中，所述振动传感器所述系统本体上且靠近所述光学元件支架的位置。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种适于低频振动的角度偏差补偿方法，包括：
基于振动传感器的振动信号与光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差；以振动传感器的线性振动信号在延时时间差后所得的信号作为反馈信号；将反馈信号输入角度调节机构以进行比例补偿；调节角度调节机构的比例补偿系数直至找到使光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳比例补偿系数；按照时间差和最佳比例补偿系数为控制参数来设定角度调节机构以对光学元件进行角度偏差补偿；
或者，基于角度调节机构的实际角度变化量与光束抖动探测器的实际抖动幅度确定角度调节机构的实际比例补偿系数；基于实际比例补偿系数，调节振动传感器的线性振动信号与光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，直至找到使光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳时间差；以实际比例补偿系数和最佳时间差为控制参数来设定角度调节机构以对光学元件进行角度偏差补偿；
其中，所述光学元件设于所述角度调节机构上，入射光束在经所述光学元件后发生偏转；所述角度调节机构设于光学元件支架上；所述光学元件支架固定于系统本体上；所述振动传感器设于所述系统本体上；所述光束抖动探测器设于经所述光学元件后发生偏转的出射光束的出光路径上。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述适于低频振动的角度偏差补偿方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第四方面提供一种计算机设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述计算机设备执行所述适于低频振动的角度偏差补偿方法。
如上所述，本申请的适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质，具有以下有益效果：本发明以线性振动传感器的信号作为反馈信号，采用光学元件支架上的角度调节机构补偿光学元件的角度振动，以实现最终光斑的振动稳定性要求。
附图说明
图1显示为本申请一实施例中的一种角度偏差补偿系统的结构示意图。
图2显示为本申请一实施例中的角度偏差补偿系统的参数示意图。
图3显示为本申请一实施例中的光学元件的角度偏差的控制示意图。
图4显示为本申请一实施例中的测试装置的结构示意图。
图5A显示为本申请一实施例中的适于低频振动的角度偏差补偿方式一的流程示意图。
图5B显示为本申请一实施例中的适于低频振动的角度偏差补偿方式二的流程示意图。
图6显示为本申请一实施例中的适于低频振动的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为解决上述背景技术中的问题，本发明提供适于低频振动的角度偏差补偿方法、系统、终端及介质，旨在通过主动补偿的方式来减小关键位置的角度振动对系统稳定性的影响。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
在对本发明进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释：
(1)振动传感器：用于接收被测对象的机械振动量(如位移、速度或加速度)并将此机械量转换成电信号(电流或电压)后输出。
(2)压电偏转镜：是光学系统中用于校正光束传播方向和调整光路倾斜误差的关键器件。
本发明实施例提供适于低频振动的角度偏差补偿方法、适于低频振动的角度偏差补偿方法的系统、以及存储用于实现适于低频振动的角度偏差补偿方法的可执行程序的存储介质。就适于低频振动的角度偏差补偿方法的实施而言，本发明实施例将对适于低频振动的角度偏差补偿的示例性实施场景进行说明。
如图1所示，展示了本发明实施例中的一种角度偏差补偿系统的结构示意图，可适用于低频的环境振动或者结构振动所引起的光学元件角度偏差补偿。本发明实施例中的角度偏差补偿系统具体包括：系统本体1、光学元件支架2、光学元件3、振动传感器4及光束抖动探测器5。为便于描述，在角度偏差补偿系统中定义入射光6和出射光7。
所述系统本体1用于承载角度偏差补偿系统中的各种设备；所述光学元件支架2固定在所述系统本体1上；所述光学元件3角度可调节地安装于所述光学元件支架2上。振动传感器4安装于所述系统本体1上，用于测量所述光学元件支架2附近的速度和/或加速度波形。
光束在经所述光学元件3后发生方向改变，后射向所述光束抖动探测器5，由所述光束抖动探测器5对入射光束的抖动幅度进行探测。结合图1来说，入射光6沿着方向A射入光学元件3，经光学元件3后改变反向形成沿着方向B的出射光7，在光束线的终端通过光束抖动探测器5对出射光7进行光束抖动探测。
为便于描述，下文将对角度偏差补偿系统进一步地做具体描述。但需说明的是，下文描述虽然仅针对一维角度补偿，但也同样适用于多维度补偿，因此本发明专利内容不仅限于下述描述。
优选地，所述系统本体1选用一个坚固的长条形地基，如隧道等。
优选地，所述光学元件支架2为偏转镜支架，用于夹持并调节所述光学元件3；所述光学元件支架2具有至少一维角度调节机构21，以用于调节所述光学元件3的角度。
优选地，所述光学元件3为偏转镜，用于将入射光束偏转特定的角度以相应改变光束的传播方向。
优选地，所述振动传感器4采用速度传感器。所述振动传感器4与所述系统本体1固定连接，用于测量所述系统本体1在所述光学元件支架2附近位置处的速度波形。所述振动传感器4采集到的振动信号可以是速度信号也可以是加速度信号。
优选地，所述光束抖动探测器5采用先进光源中常用的光束位置探测器，也可以是相机、带栅格的纸张等能够测量或者显示光束抖动的仪器。所述光束位置探测器可以是光束位置探测器(BPM,Beam Position Monitor)、激光位置探测器或者PSD(PositionSensitive Detector)光电位置监测器。
值得说明的是，由于所述振动传感器4采集到的振动信号既可以是速度信号也可以是加速度信号，两种信号皆可反映振动情况。为便于描述，下文实施例中主要采用速度信号(即线性振动速度V4)来进行相关的解释说明。本领域技术人员在此基础上应知晓，加速度信号同样可以实现，且本发明实施例并非限定振动信号仅可能是速度信号。
于本发明实施例中，考虑到在实际工况中，对于任意时刻，由于各种因素影响，所述系统本体1会产生振动形变。假设所述光学元件支架2处底端与理论需求位置的角度误差为θ2，所述光学元件3与理论需求位置的角度误差为θ3，所述振动传感器4的速度为V4，所述光束抖动探测器5所探测到的光束抖动幅度为D5。
如图2所示，展示了本发明一实施例中的角度偏差补偿系统的参数示意图。值得说明的是，对于自然环境产生的低频振动，虽然其振动幅度较大，但是其空间相干性较好，即角度误差θ2和θ3以及线性振动速度V4虽然幅值和相位不同，但是也具有很好的空间相干性。应理解，空间相干性描述的是垂直于光束传播方向的波面上各点之间的相位关系。针对于上述特点可知，由于自然环境产生的低频振动导致系统本体1产生角度误差θ1，由此导致振动传感器的线性振动速度V4、所述光学元件3的角度误差θ3及所述光束抖动探测器5所探测到的光束抖动信号为D5。振动传感器的线性振动速度V4与所述光学元件3的角度误差θ3之间存在较好的关联性，能以线性振动速度V4作为传感信号来对所述光学元件3的角度误差θ3通过一维角度调节机构21来补偿所述光学元件3的角度偏差。
为了便于理解又不失一般性，假设自然环境的低频振动频率为ω，且忽略机械结构引起的其它模态振动，则光学元件对应的振动为θ3(t)＝A3*sin(ωt+φ3)，线性振动传感器的速度为v4(t)＝A4*sin(ωt+φ4)，光束抖动探测器探测到的光束抖动为D5(t)＝A5*sin(ωt+φ5)。式中A3，A4，A5分别为对应的振动幅值，φ3，φ4和φ5分别为对应的振动相位，且由于D5(t)是所述光学元件的反射光，因此他们的相位相同，即φ3＝φ5。针对于该特点，可以通过所述的线性振动v4(t)作为传感信号对光学元件的角度振动θ3(t)采用所述的一维角度调节机构补偿所述的光学元件的角度偏差。
光学元件3的角度偏差的控制示意图如图3所示：地基振动(即系统本体1产生振动)通过其固有的传输特性G13(s)使得光学元件3产生抖动θ3，振动传感器4通过其固有的传输特性G14(s)测量到地基的振动v4，对振动传感器信号v4进行延时，并对信号进行比例系数P3调节，精准角度调节机构也可以通过调节参数M3来实现不同角度幅度调节。最终光学元件3的角度抖动输出为地基影响和补偿的叠加，然后通过光学元件3和光束抖动探测器5之间的固有传输特性G15(s)，体现在光束抖动探测器5上。
于本发明实施例中，所述角度偏差补偿系统通过如下任一种方式进行角度偏差补偿：
补偿方式一：基于所述振动传感器的振动速度与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差；以所述振动传感器的线性振动速度在延时所述时间差后所得的速度作为反馈信号；将所述反馈信号输入所述角度调节机构以进行比例补偿；调节所述角度调节机构的比例补偿系数直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳比例补偿系数；按照所述时间差和最佳比例补偿系数为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿。
在一些示例中，基于所述振动传感器的振动速度与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差，其具体过程包括：基于波形互相关分析法获取所述振动传感器的线性振动速度波形与所述光束抖动探测器的光束抖动信号波形之间波形相关性最强时的时间差。
具体而言，首先测量记录振动传感器的线性振动速度V4(t)和所述光束抖动探测器探测到的光束抖动信号D5(t)。可使用matlab等数据分析软件，求解所述振动传感器的线性振动速度波形与所述光束抖动探测器的光束抖动信号波形之间的相关性系数；求解得到的最大相关系数表示此时两列波形最正相关，此时两列波形的时间差即为相关性最强的时间差，记为所述振动传感器的线性振动速度V4(t)与光束抖动探测器的光束抖动信号D5(t)之间的时间差t45。
可以理解的是，由于光学元件3的角度振动会直接引起光束抖动探测器的光束抖动，因此光束抖动探测器的光束抖动信号D5(t)和光学元件3的角度振动θ3(t)为同相位波形，即角度振动θ3(t)和线性振动速度V4(t)的时间差也是t45，将线性振动速度V4(t)延时所述时间差t45作为反馈信号输入至角度调节机构进行比例补偿，即可实现光学元件的反相位补偿。通过调节所述角度调节机构的比例补偿系数P3后，可以根据实验需求将所述光束抖动探测器移出光路。
应理解的是，比较两列波的相似程度(重复地震探测常用)或两列波拟合程度(反演常用)，可以通过计算两列波的互相关系数(例如可使用matlab自带函数xcorr来求解两列波的互相关系数)。互相关系数的取值范围为[-1,1]，越接近1则表示两列波越正相关(波形越相似)，越接近-1则表示两列波越负相关(波形反相)，越接近0则表示越不相关(波形不相似)。
在一些示例中，本发明实施例选用P控制的角度调节机构进行比例补偿。应理解的是，P控制是指比例控制，P控制器的输入信号成比例地反应输出信号，它的作用是调整系统的开环增益，提高系统的稳态精度，降低系统的惰性，加快响应速度。
结合图3描述，首先测量记录所述的线性振动传感器的速度为V4(t)和所述的光束抖动探测器探测到的光束抖动为D5(t)，对所述的V4(t)和所述的D5(t)采用互相关分析得到所述光束抖动D5(t)和所述的线性振动V4(t)的时间差t45。由于所述D5(t)和所述光学元件的角度振动θ3(t)为同相位，即所述的θ3(t)和所述的V4(t)的时间差也是t45，将线性振动V4(t)延时所述的时间差t45作为反馈信号输入给所述的角度调节机构比例补偿，即可实现光学元件的反相位补偿，调节角度调节机构的比例补偿系数P3并监测所述的光束抖动D5(t)数值，找到最小的光束抖动D5(t)即实现主动角度补偿。在设置好所述的控制参数t45和P3后，可以根据实验需求选择将所述的光束抖动探测器移出光路。
补偿方式二：基于所述角度调节机构的实际角度变化量与所述光束抖动探测器的实际抖动幅度确定所述角度调节机构的实际比例补偿系数；基于所述实际比例补偿系数，调节所述振动传感器的线性振动速度与所述光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳时间差；以所述实际比例补偿系数和最佳时间差为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿。
可以理解的是，补偿方式一和补偿方式二的区别在于，补偿方式一是先确定时间差t45，随后得到V4(t)延时所述时间差t45所得的速度作为反馈信号，由此确定光束抖动D5(t)数值最小时角度调节机构的比例补偿系数P3；补偿方式二是先根据实际实验操作确定角度调节机构的比例补偿系数P3的实际值，再反过来寻找光束抖动D5(t)数值最小时所述光束抖动D5(t)和所述的线性振动V4(t)的时间差t45，以上两种补偿方式均可实现角度偏差补偿，本发明实施例不做具体限定。
为了验证本发明技术方案的可行性，图4中搭建了相应的测试装置。底板10以单一频率做简谐运动，柔性板11固定在底板10上，在柔性板11的中间装有光学元件支架2，在光学元件支架2上装有振动传感器4，同时在光学元件支架2上设置有柔性结构32并装有压电驱动器31来实现对光学元件3的角度调节。采用激光笔8将光照射到光学元件3上，对反射光采用标有固定方格的纸模拟光束抖动探测器5。
采用上述补偿方式二来进行系统测试：
第一步：使得底板10以单一频率振动，得到其在纸张上的抖动幅度。
第二步：停止底板10的振动，调节压电驱动器31的电压得到光斑在纸张上同样的调节幅度。
第三步：开启底板10的振动，测量速度传感器4的振动，调节反馈比例P3使得A4*P3＝1。
第四步：调节振动传感器4的延时量，观察光束抖动探测器5上的抖动，选取最小抖动幅度时的延时量。
通过上述构建的系统可以很好地实现低频振动的角度偏差补偿，本发明实施例以线性振动传感器的信号作为反馈信号，采用光学元件支架上的角度调节机构补偿光学元件的角度振动，以实现最终光斑的振动稳定性要求。
如图5A和5B所示，展示了本发明一实施例中的适于低频振动的角度偏差补偿方法的流程示意图。本发明实施例中的角度偏差补偿方法有两种补偿方式，补偿方式一的实施过程如图5A所示，补偿方式二的实施过程如图5B所示。
在图5A中，补偿方式一的适于低频振动的角度偏差补偿方法的流程如下：
步骤S5A1：基于所述振动传感器的振动信号与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差。
步骤S5A2：以所述振动传感器的线性振动信号在延时所述时间差后所得的信号作为反馈信号；将所述反馈信号输入所述角度调节机构以进行比例补偿。
步骤S5A3：调节所述角度调节机构的比例补偿系数直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳比例补偿系数。
步骤S5A4：按照所述时间差和最佳比例补偿系数为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿。
在图5B中，补偿方式二的适于低频振动的角度偏差补偿方法的流程如下：
步骤S5B1：基于所述角度调节机构的实际角度变化量与所述光束抖动探测器的实际抖动幅度确定所述角度调节机构的实际比例补偿系数。
步骤S5B2：基于所述实际比例补偿系数，调节所述振动传感器的线性振动信号与所述光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳时间差。
步骤S5B3：以所述实际比例补偿系数和最佳时间差为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿。
其中，所述光学元件设于所述角度调节机构上，入射光束在经所述光学元件后发生偏转；所述角度调节机构设于光学元件支架上；所述光学元件支架固定于系统本体上；所述振动传感器设于所述系统本体上；所述光束抖动探测器设于经所述光学元件后发生偏转的出射光束的出光路径上。
需说明的是，上述实施例提供的适于低频振动的角度偏差补偿方法与适于低频振动的角度偏差补偿系统实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本发明实施例提供的适于低频振动的角度偏差补偿方法可以采用终端侧或服务器侧实施，就适于低频振动的角度偏差补偿终端的硬件结构而言，请参阅图6，为本发明实施例提供的计算机设备600的一个可选的硬件结构示意图，该设备600可以是移动电话、计算机设备、平板设备、个人数字处理设备、工厂后台处理设备等。适于低频振动的角度偏差补偿终端600包括：至少一个处理器601、存储器602、至少一个网络接口604和用户接口606。装置中的各个组件通过总线系统605耦合在一起。可以理解的是，总线系统605用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统605除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图6中将各种总线都标为总线系统。
其中，用户接口606可以包括显示器、键盘、鼠标、轨迹球、点击枪、按键、按钮、触感板或者触摸屏等。
可以理解，存储器602可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，StaticRandom Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous StaticRandomAccess Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类别的存储器。
本发明实施例中的存储器602用于存储各种类别的数据以支持适于低频振动的角度偏差补偿终端600的操作。这些数据的示例包括：用于在适于低频振动的角度偏差补偿终端600上操作的任何可执行程序，如操作系统6021和应用程序6022；操作系统6021包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序6022可以包含各种应用程序，例如媒体播放器(MediaPlayer)、浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例提供的适于低频振动的角度偏差补偿方法可以包含在应用程序6022中。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器601中，或者由处理器601实现。处理器601可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器601可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器601可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所提供的配件优化方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。
在示例性实施例中，适于低频振动的角度偏差补偿终端600可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，ComplexProgrammable LogicDevice)，用于执行前述方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
于本申请提供的实施例中，所述计算机可读写存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备、闪存、U盘、移动硬盘、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。另外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术，从网站、服务器或其它远程源发送的，则所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。然而，应当理解的是，计算机可读写存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或者其它暂时性介质，而是旨在针对于非暂时性、有形的存储介质。如申请中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。
综上所述，本申请提供适于低频振动的角度偏差补偿系统、方法、设备及介质，本发明以线性振动传感器的信号作为反馈信号，采用光学元件支架上的角度调节机构补偿光学元件的角度振动，以实现最终光斑的振动稳定性要求。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，包括：
系统本体；
光学元件支架，固定于所述系统本体上；所述光学元件支架上设有角度调节机构；
光学元件，设于所述角度调节机构上以通过所述角度调节机构带动其进行角度调节；
入射光束在经所述光学元件后发生偏转；
振动传感器，设于所述系统本体上，用于探测系统的振动信号；
光束抖动探测器，设于经所述光学元件后发生偏转的出射光束的出光路径上，用于探测所述出射光束的抖动信号；
其中，所述角度偏差补偿系统通过如下任一种方式进行角度偏差补偿：
基于所述振动传感器的振动信号与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差；以所述振动传感器的线性振动信号在延时所述时间差后所得的信号作为反馈信号；将所述反馈信号输入所述角度调节机构以进行比例补偿；调节所述角度调节机构的比例补偿系数直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳比例补偿系数；按照所述时间差和最佳比例补偿系数为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿；
或者，基于所述角度调节机构的实际角度变化量与所述光束抖动探测器的实际抖动幅度确定所述角度调节机构的实际比例补偿系数；基于所述实际比例补偿系数，调节所述振动传感器的线性振动信号与所述光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，直至找到使所述光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳时间差；以所述实际比例补偿系数和最佳时间差为控制参数来设定所述角度调节机构以对所述光学元件进行角度偏差补偿。
2.根据权利要求1所述的适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，基于所述振动传感器的振动信号与所述光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差，其过程包括：基于波形互相关分析法获取所述振动传感器的线性振动信号波形与所述光束抖动探测器的光束抖动信号波形之间波形相关性最强时的时间差。
3.根据权利要求1所述的适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，所述光束抖动探测器的光束抖动信号与所述光学元件的角度振动信号为同相位波形；所述振动传感器的线性振动信号与光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，等同于所述振动传感器的线性振动信号与所述光学元件的角度振动信号之间的时间差。
4.根据权利要求1所述的适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，所述系统本体包括长条形地基。
5.根据权利要求1所述的适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，所述光学元件支架包括偏转镜支架，用于夹持并调节所述光学元件的角度。
6.根据权利要求1所述的适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，所述光学元件为偏转镜，用于将入射光束偏转特定角度以相应改变光束的传播方向。
7.根据权利要求1所述的适于低频振动的角度偏差补偿系统，其特征在于，所述振动传感器所述系统本体上且靠近所述光学元件支架的位置。
8.一种适于低频振动的角度偏差补偿方法，其特征在于，包括：
基于振动传感器的振动信号与光学元件的角度误差之间的相关性，获取两者之间相关性最强的时间差；以振动传感器的线性振动信号在延时时间差后所得的信号作为反馈信号；将反馈信号输入角度调节机构以进行比例补偿；调节角度调节机构的比例补偿系数直至找到使光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳比例补偿系数；按照时间差和最佳比例补偿系数为控制参数来设定角度调节机构以对光学元件进行角度偏差补偿；
或者，基于角度调节机构的实际角度变化量与光束抖动探测器的实际抖动幅度确定角度调节机构的实际比例补偿系数；基于实际比例补偿系数，调节振动传感器的线性振动与光束抖动探测器的光束抖动信号之间的时间差，直至找到使光束抖动探测器的抖动幅度最小的最佳时间差；以实际比例补偿系数和最佳时间差为控制参数来设定角度调节机构以对光学元件进行角度偏差补偿；
其中，所述光学元件设于所述角度调节机构上，入射光束在经所述光学元件后发生偏转；所述角度调节机构设于光学元件支架上；所述光学元件支架固定于系统本体上；所述振动传感器设于所述系统本体上；所述光束抖动探测器设于经所述光学元件后发生偏转的出射光束的出光路径上。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8所述适于低频振动的角度偏差补偿方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述计算机设备执行如权利要求8所述适于低频振动的角度偏差补偿方法。
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