CN116625241A - 快反镜温漂测量与校正系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学计量与测量技术领域，公开了一种快反镜温漂测量与校正系统及方法，其中系统包括：主控计算机、光电自准直仪、控温装置、基准镜模块；快反镜和基准镜模块固定于控温装置内部，快反镜控制模块固设于控温装置内部；主控计算机与光电自准直仪、控温装置和快反镜控制模块电连接，在控温装置设置在不同温度时分别通过光电自准直仪测量快反镜和基准镜模块的位置和角度数据，通过计算快反镜的温漂系数，基于温漂参数和预设校正策略通过快反镜控制模块对快反镜进行校正。通过测量快反镜在不同温度下的温漂系数，结合预设校准策略对快反镜进行校正，降低了环境温度变化对快反镜的精度影响，解决了快反镜精度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学计量与测量技术领域，尤其是涉及一种快反镜温漂测量与校正系统及方法。
背景技术
快速反射镜，简称“快反镜”，是一种工作在光源或接收器与目标之间用于调整和稳定光学系统视轴或光束指向的部件，通过采用音圈电机精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度，用于实现反射镜的“偏转-倾斜”方位角度的快速调整，可用于光电领域的视轴稳定或扫描补偿等应用。由于其具有结构紧凑、响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点，被广泛应用在天文望远镜、自适应光学、像移补偿、自由空间光通信、精密跟踪等领域，成为光学系统中稳定光束和校正光束传播方向的关键性器件。
近年来，随着光学仪器的高速发展，快速反射镜在光学领域快速发展，快速反射镜能应用很多领域，比如工业、军工业、航空等方面，也不断地向着各种光学武器、光学器材中进行转化随着领域的不断深入，对快反镜系统的安全性能、可靠性以及精确性要求更高。快反镜指向精度依赖于其中的转角传感器的测量结果。然而，在不同温度下，传感器测量精度会发生变化。为了解决这个问题，需要对快反镜在不同温度下的指向精度进行标定，并掌握其变化趋势，以实现校正，提高快反镜的全温指向精度。当前很多应用快反镜的光电系统是开环应用的，即对快反镜的指向方向并未做闭环校验。
发明内容
本发明的目的是提供一种快反镜温漂测量与校正系统及方法，以解决现有技术中快反镜受到温度变化产生的测量精度漂移的问题。
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种快反镜温漂测量与校正系统，包括：主控计算机、光电自准直仪、控温装置和基准镜模块；
快反镜和所述基准镜模块固定于所述控温装置内部，快反镜控制模块固设于控温装置内部；
所述主控计算机与所述光电自准直仪、所述控温装置和所述快反镜控制模块电连接，调节所述控温装置内部温度并通过所述光电自准直仪测量所述快反镜和所述基准镜模块的位置数据，通过计算所述快反镜的温漂系数，基于所述温漂参数和预设校正策略通过所述快反镜控制模块对所述快反镜进行校正。
可选地，根据以下公式计算快反镜的温漂系数：
；
其中，表示温度为/>时快反镜的位置，/>表示温度为/>时快反镜的位置；表示基准温度，此时快反镜与基准镜模块的位置相同；/>表示任意一个与基准温度不同的温度值。
可选地，基于所述温漂参数和预设校正策略通过所述快反镜控制模块对所述快反镜进行校正包括：
按照以下公式确定所述快反镜的校准位置：
；
其中，表示校正后的快反镜位置，/>表示温度值，/>表示温度为/>时测得的快反镜位置，/>表示快反镜的温漂系数，/>表示快反镜待准时的温度值。
可选地，所述控温装置包括：保温箱、进风口软管、出风口软管和调温箱和扣具；
所述快反镜和所述基准镜模块通过所述扣具固定于所述保温箱内部，所述快反镜控制模块固设于保温箱内部；
所述调温箱与所述保温箱通过进风口软管、出风口软管连接，通过进风口软管、出风口软管对所述保温箱内的温度进行调节。
可选地，所述保温箱设有观察窗口；
所述光电自准直仪发送的光线穿过观察窗口测量快反镜和基准镜模块的位置数据。
可选地，还包括：光学平台；
所述光电自准直仪和所述保温箱固设于于所述光学平台；
所述光学平台用于隔绝外界的振动。
可选地，还包括：隔热装置；
所述隔热装置设置于所述光学平台与所述保温箱之间，用于隔绝外部的温度干扰。
本发明的另一方面提供了一种快反镜温漂测量与校正方法，用于控制如上所述的快反镜温漂测量与校正系统，包括如下步骤：
按照若干个预设温度调节控温装置，通过光电自准直仪获取相应温度下快反镜和基准镜模块的位置数据，基于所述快反镜和所述基准镜模块的位置数据通过拟合分析计算所述快反镜的温漂系数；
基于所述温漂参数和预设校正策略对快反镜控制模块进行校准，以得到所述快反镜的校准位置。
可选地，所述快反镜的温漂系数为：
；
其中，表示温度为/>时快反镜的位置，/>表示温度为/>时快反镜的位置；表示基准温度，此时快反镜与基准镜模块的位置相同；/>表示任意一个与基准温度不同的温度值。
可选地，所述快反镜的校准位置为：
；
其中，表示校正后的快反镜位置，/>表示温度值，/>表示温度为/>时测得的快反镜位置，/>表示快反镜的温漂系数，/>表示快反镜待准时的温度值。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的快反镜温漂测量与校正系统通过光电自准直仪发出的光学十字目标经过温度控制箱到达快反镜和基准镜，通过测量光电接收器上十字中心的线量变化可以计算出快反镜的角度变化，从而得到快反镜的温漂量；
2、本发明提供的快反镜温漂测量与校正方法通过对快反镜在不同温度下的温漂测量，得到温漂系数，根据温漂系数对快反镜进行校准，解决了现有技术中快反镜精度低的问题。
附图说明
图1是示出了本发明提供的快反镜温漂测量与校正系统结构示意图。
附图标记说明如下：
1、主控计算机，2、光学平台，3、光电自准直仪，4、温度控制箱观察窗口，5、保温箱，6、快反镜，7、基准镜模块，8、隔热装置，9、快反镜控制模块，10、扣具，11、进风口软管，12、出风口软管，13、调温箱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
快速反射镜，简称“快反镜”，是一种工作在光源或接收器与目标之间用于调整和稳定光学系统视轴或光束指向的部件，通过采用音圈电机精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度，用于实现反射镜的“偏转-倾斜”方位角度的快速调整，可用于光电领域的视轴稳定或扫描补偿等应用。由于其具有结构紧凑、响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点，被广泛应用在天文望远镜、自适应光学、像移补偿、自由空间光通信、精密跟踪等领域，成为光学系统中稳定光束和校正光束传播方向的关键性器件。
快反镜的指向精度是依靠其中的转角传感器的测量结果为准的。在不同的温度下，转角传感器的测量精度会发生变化。快反镜应用的工作温度范围很广，通常为-40℃到+65℃。标定出快反镜在不同温度情况下的指向精度的变化，有利于掌握指向精度的变化趋势，并在此基础上进行校正，能够大大提高快反镜的全温指向精度。根据本发明提供的快反镜温漂测量与校正系统及方法，可以实现在不同温度下对快反镜的指向精度进行测量，从而找出其指向精度的变化趋势。通过对测量数据的分析，利用数学模型求解出快反镜在不同温度下的指向误差随温度变化的函数关系，以此为依据进行快反镜的校正。本发明提供了一种稳定、高精度的快反镜温漂测量与校正系统，可以有效避免快反镜与测试装置因温度变化造成相对位移，同时能够准确地掌握快反镜在不同温度下指向精度的变化规律，并基于此进行校正，从而大大提高快反镜的全温指向精度。
参照图1，本发明提供的一种快反镜温漂测量与校正系统包括：主控计算机1、光电自准直仪3、控温装置和基准镜模块7。
光电自准直仪3：用于测量快反镜6和基准镜模块7的相对位置和姿态，光电自准直仪3，是一种利用光的自准直原理，将角度测量转换为线性测量的一种高精度计量仪器。
基准镜模块7：作为光路的参考，确保光路的稳定性和精度。
快反镜6：用于反射测试光束，由于快反镜在使用过程中会受到温度影响而发生形变，因此需要进行温漂校正。
控温装置：用于控制快反镜6和基准镜模块7的工作温度。
主控计算机1：用于数据采集和处理，提供界面操作和数据输出等功能。
快反镜6和基准镜模块7固定于控温装置内部，快反镜控制模块9固设于控温装置内部。
主控计算机1与光电自准直仪3、控温装置和快反镜控制模块9电连接，调节控温装置内部温度并通过光电自准直仪3测量快反镜6和基准镜模块7的位置数据，通过计算快反镜6的温漂系数，基于温漂参数和预设校正策略通过快反镜控制模块9对快反镜6进行校正。
举例来说，控温装置可以是恒温箱，总之，可以进行温度调节即可，基准镜模块与扣具10固定连接，不受温度的干扰；快反镜6连接快反镜控制模块9通过控制输出电流进而控制快反镜6的音圈电机，快反镜6上装有电涡流传感器，外围电路将光电流转换为电压信号并进行差分放大，AD转换电路将差分放大信号转换为数字信号。通过两个电涡流传感器能读出随着温度变化对应的AD值。其中，光电自准直仪3通过十字计算出偏转角度。
其中，光电自准直仪3通过USB数据线将数据传输到主控计算机1，快反镜控制模块9将数据传输到主控计算机进行温漂的标定与测量。
本发明提供的快反镜温漂测量与校正系统通过光电自准直仪3发出的光学十字目标经过温度控制箱到达快反镜和基准镜，通过测量光电接收器上十字中心的线量变化可以计算出快反镜6的角度变化。
在一实施例中，根据以下公式计算快反镜6的温漂系数：
；
其中，表示温度为/>时快反镜的位置，/>表示温度为/>时快反镜的位置；表示基准温度，此时快反镜与基准镜模块的位置相同；/>表示任意一个与基准温度不同的温度值。
在一实施例中，基于温漂参数和预设校正策略通过快反镜控制模块9对快反镜6进行校正包括：
按照以下公式确定快反镜6的校准位置：
；
其中，表示校正后的快反镜位置，/>表示温度值，/>表示温度为/>时测得的快反镜位置，/>表示快反镜6的温漂系数，/>表示快反镜6待准时的温度值。
在一实施例中，控温装置包括：保温箱5、进风口软管11、出风口软管12、调温箱13和扣具10。快反镜6和基准镜模块7通过扣具10固定于保温箱5内部，快反镜控制模块9固设于保温箱5内部。调温箱13与保温箱5通过进风口软管11、出风口软管12连接，通过进风口软管11、出风口软管12对保温箱5内的温度进行调节。
基于保温箱5、进风口软管11、出风口软管12和调温箱13构成的温控装置，将调温箱13与保温箱5分开设置，可以使保温箱5内的温度更均匀。
在一实施例中，保温箱5设有观察窗口4。
光电自准直仪3发送的光线穿过观察窗口4测量快反镜6和基准镜模块7的位置数据。
在一实施例中，快反镜温漂测量与校正系统还包括光学平台2。
光电自准直仪3和保温箱5固设于光学平台2。
光学平台2用于隔绝外界的振动。
在一实施例中，快反镜温漂测量与校正系统还包括隔热装置8。
隔热装置8设置于光学平台2与保温箱5之间，用于隔绝外部的温度干扰。
本发明实施例的第二方面还提供了一种快反镜温漂测量与校正方法，用于控制如上的快反镜温漂测量与校正系统；包括如下步骤：
步骤S200，按照若干个预设温度调节控温装置，通过光电自准直仪3获取相应温度下快反镜6和基准镜模块7的位置和角度数据，基于快反镜6和基准镜模块7的位置数据通过拟合分析计算快反镜6的温漂系数。
步骤S400，基于温漂参数和预设校正策略对快反镜控制模块9进行校准，以得到快反镜6的校准位置。
本发明提供的快反镜温漂测量与校正方法通过对快反镜在不同温度下的温漂测量，得到温漂系数，根据温漂系数对快反镜进行校准，解决了现有技术中快反镜精度低的问题。
举例来说，步骤S200中的在多个预设温度下分别通过光电自准直仪3获取当前温度下测量快反镜6和基准镜模块7的位置数据，具体包括如下步骤：
步骤S211，将控温装置其加热或降温到一定温度范围内，保持一段时间，使其达到稳定状态。
步骤S212，在稳定状态下，利用光电自准直仪3测量快反镜6和基准镜模块7的位置和姿态，记录下数据。
重复步骤S200的调温过程，得到多组数据，根据数据拟合出快反镜和基准镜的温漂参数。
在一实施例中，步骤S200中的在多个预设温度下分别通过光电自准直仪3获取当前温度下测量快反镜6和基准镜模块7的位置数据之前，还包括：对光电自准直仪3进行校准，具体包括如下步骤：
步骤S110，获取光电自准直仪输出光线的倾斜角度和实际角度。
步骤S120，根据光电自准直仪输出光线的倾斜角度和实际角度获取误差值。
步骤S130，根据误差值进行校准。
举例来说，光电自准直仪3输出的倾斜角度为，实际倾斜角度为/>，则光电自准直仪的误差/>可以表示为：
为了使误差最小化，可以通过以下公式进行误差校正：
代表校正后的光电自准直仪3输出角度，/>为光电自准直仪3输出的倾斜角度。
在一实施例中，快反镜6的温漂系数为：
；
其中，表示温度为/>时快反镜的位置，/>表示温度为/>时快反镜的位置；表示基准温度，此时快反镜与基准镜模块的位置相同；/>表示任意一个与基准温度不同的温度值。在一实施例中，快反镜6的校准位置/>为：
；
其中，表示校正后的快反镜位置，/>表示温度值，/>表示温度为/>时测得的快反镜位置，/>表示快反镜6的温漂系数，/>表示快反镜6待准时的温度值。
本发明旨在保护一种快反镜温漂测量与校正系统和方法，系统包括：主控计算机1、光电自准直仪3、控温装置和基准镜模块7。
快反镜6和基准镜模块7固定于控温装置内部，快反镜控制模块9固设于控温装置内部。
主控计算机1与光电自准直仪3、控温装置和快反镜控制模块9电连接，调节控温装置内部温度并通过光电自准直仪3测量快反镜6和基准镜模块7的位置数据，通过拟合分析计算快反镜6的温漂系数，基于温漂参数和预设校正策略通过快反镜控制模块9对快反镜6进行校正。
本发明提供的快反镜温漂测量与校正系统通过光电自准直仪3发出的光学十字目标经过温度控制箱到达快反镜6和基准镜模块7，通过测量光电接收器上十字中心的线量变化可以计算出快反镜的角度变化，从而得到快反镜的温漂量。
方法包括：
步骤S200，按照若干个预设温度调节控温装置，通过光电自准直仪3获取相应温度下快反镜6和基准镜模块7的位置和角度数据，基于快反镜6和基准镜模块7的位置数据通过拟合分析计算快反镜6的温漂系数。
步骤S400，基于温漂参数和预设校正策略对快反镜控制模块9进行校准，以得到快反镜6的校准位置。
本发明提供的快反镜温漂测量与校正方法通过对快反镜在不同温度下的温漂测量，得到温漂系数，根据温漂系数对快反镜进行校准，解决了现有技术中快反镜精度低的问题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，包括：主控计算机（1）、光电自准直仪（3）、控温装置和基准镜模块（7）；
快反镜（6）和所述基准镜模块（7）固定于所述控温装置内部，快反镜控制模块（9）固设于控温装置内部；
所述主控计算机（1）与所述光电自准直仪（3）、所述控温装置和所述快反镜控制模块（9）电连接，调节所述控温装置内部温度并通过所述光电自准直仪（3）测量所述快反镜（6）和所述基准镜模块（7）的位置数据，通过计算所述快反镜（6）的温漂系数，基于所述温漂参数和预设校正策略通过所述快反镜控制模块（9）对所述快反镜（6）进行校正。
2.根据权利要求1所述的快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，
根据以下公式计算快反镜（6）的温漂系数：
；
其中，表示温度为/>时快反镜的位置，/>表示温度为/>时快反镜的位置；/>表示基准温度，此时快反镜与基准镜模块的位置相同；/>表示任意一个与基准温度不同的温度值。
3.根据权利要求2所述的快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，
基于所述温漂参数和预设校正策略通过所述快反镜控制模块（9）对所述快反镜（6）进行校正包括：
按照以下公式确定所述快反镜（6）的校准位置：
；
其中，表示校正后的快反镜位置，/>表示温度值，/>表示温度为/>时测得的快反镜位置，/>表示快反镜（6）的温漂系数，/>表示快反镜（6）待准时的温度值。
4.根据权利要求1所述的快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，
所述控温装置包括：保温箱（5）、进风口软管（11）、出风口软管（12）、调温箱（13）和扣具（10）；
所述快反镜（6）和所述基准镜模块（7）通过所述扣具（10）固定于所述保温箱（5）内部，所述快反镜控制模块（9）固设于保温箱（5）内部；
所述调温箱（13）与所述保温箱（5）通过进风口软管（11）、出风口软管（12）连接，通过进风口软管（11）、出风口软管（12）对所述保温箱（5）内的温度进行调节。
5.根据权利要求4所述的快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，
所述保温箱（5）设有观察窗口（4）；
所述光电自准直仪（3）发送的光线穿过观察窗口（4）测量快反镜（6）和基准镜模块（7）的位置数据。
6.根据权利要求5所述的快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，还包括：光学平台（2）；
所述光电自准直仪（3）和所述保温箱（5）固设于所述光学平台（2）；
所述光学平台（2）用于隔绝外界的振动。
7.根据权利要求6所述的快反镜温漂测量与校正系统，其特征在于，还包括：隔热装置（8）；
所述隔热装置（8）设置于所述光学平台（2）与所述保温箱（5）之间，用于隔绝外部的温度干扰。
8.一种快反镜温漂测量与校正方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-7任意一项所述的快反镜温漂测量与校正系统，包括如下步骤：
按照若干个预设温度调节控温装置，通过光电自准直仪（3）获取相应温度下快反镜（6）和基准镜模块（7）的位置数据，基于所述快反镜（6）和所述基准镜模块（7）的位置数据通过拟合分析计算所述快反镜（6）的温漂系数；
基于所述温漂参数和预设校正策略对快反镜控制模块（9）进行校准，以得到所述快反镜（6）的校准位置。
9.根据权利要求8所述的快反镜温漂测量与校正方法，其特征在于，
所述快反镜（6）的温漂系数为：
；
其中，表示温度为/>时快反镜的位置，/>表示温度为/>时快反镜的位置；/>表示基准温度，此时快反镜（6）与基准镜模块（7）的位置相同；/>表示任意一个与基准温度不同的温度值。
10.根据权利要求9所述的快反镜温漂测量与校正方法，其特征在于，
所述快反镜（6）的校准位置为：
；
其中，表示校正后的快反镜位置，/>表示温度值，/>表示温度为/>时测得的快反镜位置，/>表示快反镜（6）的温漂系数，/>表示快反镜（6）待准时的温度值。
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