一種基于壓電陶瓷的目標(biāo)精跟蹤系統(tǒng)

　　2.3對(duì)高壓電路的要求

　　壓電陶瓷是利用其在外加電場(chǎng)作用下，具有逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生形變。壓電陶瓷致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)具有輸出電流大，文波小的特點(diǎn)。我們采用達(dá)林頓管構(gòu)成有源濾波電路，可以實(shí)現(xiàn)小文波，大電流的輸出。在整流電路中，需要使用高壓大電容，需要放電回路，但是使用大電阻放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；使用小電阻，在工作過(guò)長(zhǎng)中，電阻上的電流過(guò)大，導(dǎo)致電阻發(fā)熱過(guò)大。為此，我們采用兩級(jí)放電的辦法，可以解決以上放電時(shí)間長(zhǎng)，或電阻功耗過(guò)大的問(wèn)題。兩級(jí)放電回路原理圖如圖2 所示。當(dāng)電容電壓很高時(shí)，比較器U1 輸出低電平，Q1 截止，電容只能通過(guò)，大電阻R1,R2 放電，當(dāng)電容電壓低于某個(gè)臨界值時(shí)，U1 輸出高電平，電容通過(guò)小電阻R3 放電。

圖2 兩級(jí)放電回路

　　如圖3 為高壓驅(qū)動(dòng)電路及放電回路。輸入由D/A 轉(zhuǎn)換輸出的信號(hào)與反饋信號(hào)比較，若輸入D/A 轉(zhuǎn)換信號(hào)大，U1 輸出低電平，截止，電源對(duì)壓電陶瓷晶體充電。其中T2、構(gòu)成達(dá)林頓管。U2 構(gòu)成比較放大電路，輸出電壓與壓電陶瓷的電壓相比較，若壓電陶瓷晶體的電壓高，U2 輸出高電平，導(dǎo)通，壓電陶瓷晶體放電。反之，壓電陶瓷晶體充電。

　　2.4壓電陶瓷微位移裝置

　　壓電陶瓷（PZT）在外電場(chǎng)的作用下，內(nèi)部的正負(fù)電荷中心產(chǎn)生相對(duì)位移，該位移使壓電體產(chǎn)生形變，表現(xiàn)為壓電陶瓷有一定的伸縮能力。利用壓電陶瓷（PZT）的伸縮能力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜鏡的角度控制。其原理如圖4：

圖4 傾斜鏡系統(tǒng)原理圖

　　其中，O 為支點(diǎn),A,B 為壓電陶瓷（PZT）。大圓圈代表傾斜鏡.壓電陶瓷（PZT）的平衡點(diǎn)為驅(qū)動(dòng)器工作在100V 的工作電壓下。這樣，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓升高時(shí)，傾斜鏡向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓降低時(shí)，傾斜鏡向相反的方向運(yùn)動(dòng)。

　　本系統(tǒng)的壓電陶瓷（PZT）在200V 電壓下可以伸長(zhǎng)30μm，即壓電陶瓷（PZT）的前后變化范圍為15 μm 。OA、OB 的長(zhǎng)為5 cm 。計(jì)算可知，傾斜鏡前后變化范圍為0.3 mrad 。又由于望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)為10倍，

　　所以，本系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)抖動(dòng)在3 mrad 以內(nèi)的光斑。完全能滿足我們的要求。

3.試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)40Hz以內(nèi)大氣擾動(dòng)的校正，并且有很好的校正效果。下面我們給出具體的分析結(jié)果：采集數(shù)據(jù)是在下午3 點(diǎn)到4 點(diǎn)，當(dāng)時(shí)的大氣相干長(zhǎng)度為5.5-7 之間。圖5 光斑抖動(dòng)情況。圖中帶圓圈線反映的是光斑抖動(dòng)情況，從圖中我們可以看出光斑抖動(dòng)的范圍比較大，并且包含高頻成分和低頻成分。不帶圓圈線反映的是跟蹤之后的光斑抖動(dòng)圖像。從圖可以看出光斑的抖動(dòng)范圍非常的小，并且以高頻成分為主，也含有一定的低頻成分。這是因?yàn)椋阂环矫嬗捎诖髿馔牧饕鹨还锕獍叨秳?dòng)是微弧度量的，光斑抖動(dòng)非常的小，超出PSD的分辨率，另一方面由于機(jī)械抖動(dòng)引起的光斑抖動(dòng)。

圖5 光斑抖動(dòng)

　　下一步的工作：改進(jìn)系統(tǒng)的機(jī)械性能、提高系統(tǒng)的分辨率并進(jìn)一步提高系統(tǒng)的帶寬。