[发明专利]基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光通信领域，具体涉及一种基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置。

背景技术

无线光通信系统也称为“自由空间光学”通信系统，利用光束(例如激光)作为光学通信信号，不需在终端之间布设传输电缆或光缆，数据或信息被编码调制到一束散角很小的窄光束上，然后通过自由空间从发射器传输到接收器，再由接收器对接收到的光束进行调解获得原始数据或信息。无线光通信系统的工作原理本身保证了系统具有较高的数据安全性和保密性，但是要求窄光束的发射器和接收器之间必须互相对准，发射器与接受器的机械抖动以及大气扰动引起的光束方向角变化都将影响通信信道传输质量。而光束精密指向装置作为无线光通信系统的关键部件，其功能为保证发射器和接收器之间互相对准、补偿以上各类扰动引起的光束抖动，保证系统通信信道的稳定。

传统的光束精密指向装置又称为快速反射镜，基于直流伺服电机驱动的二维转台，转动惯量大，轴承摩擦与间隙难以消除，使得系统的带宽与精度难以提高，而且转台上的轴承需要润滑，润滑剂容易污染镜片，这种结构很难适应低温、真空、强辐射等恶劣条件下的使用要求；

美国专利US2003/0197910A1中公布了一种光束精密指向装置设计。其各部分的特点为：采用内外环组成的万向节支撑平面反射镜，音圈电机驱动，设计了基于光电池的光电位置传感器。该发明改善了传统设计驱动器与传感器的性能，使得系统带宽大幅提高，但是万向节的内外框架都会增加系统转动惯量，同时轴承的摩擦与润滑问题均没有解决，限制了其带宽、精度与可靠性；

中国专利200810197662.7中公布的快速反射镜提出了一种新颖的弹性支撑设计，从根本上消除了传统设计中内外环设计的附加转动惯量。弹性支撑构成的运动副没有相对滑动，没有摩擦和间隙，无需润滑，达到了较高的精度和闭环控制带宽。但是，它并没有对音圈电机驱动系统运动噪声以及分辨率进行处理，因此并没有降低音圈电机驱动系统运动噪声、提高音圈电机的位移分辨率，因此其定位精度直接要受到音圈电机驱动系统运动噪声以及分辨率的限制，且零位稳定性和温度稳定性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种结构紧凑、加工方便、装配简单、无摩擦损耗、无运动间隙、无需润滑、定位精度高、可网络控制、使用简便、可靠性高、适应性强、应用范围广基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置，包括镜架组件、驱动机构以及控制机构，其特征在于：所述镜架组件通过分辨率倍增柔顺机构与驱动机构相连，所述分辨率倍增柔顺机构包括底座以及固定于底座上的柔性铰链，所述镜架组件固定于柔性铰链的顶部，所述驱动机构包括两个固定于底座上用来推动柔性铰链的驱动电机，所述两个驱动电机对称布置于柔性铰链下方的两侧。

作为本发明的进一步改进：

所述驱动电机的输出端通过分辨率倍增杠杆与柔性铰链相连，所述分辨率倍增杠杆包括杠杆横梁、位移输入端铰链、支点铰链和位移输出级铰链，所述杠杆横梁的一端通过位移输入端铰链与驱动电机的输出端相连，所述杠杆横梁的中段通过支点铰链支承于底座上，所述杠杆横梁的另一端通过位移输出级铰链与柔性铰链的底面相连，所述杠杆横梁上支点铰链到位移输入端铰链的距离大于支点铰链到位移输出级铰链的距离。

所述驱动电机输出端的一侧设有平行导向柔顺机构，所述平行导向柔顺机构包括一组相互平行的装设于驱动电机输出端与底座所围成空腔内的簧片。

所述镜架组件上装设有用来采集镜架组件转角信号的转角传感器，所述转角传感器与控制机构相连。

所述转角传感器为差动电感式转角传感器，所述转角传感器包括保持不动的线圈单元和随镜架组件转动的衔铁，所述衔铁固定于镜架组件上。

所述控制机构包括信号调理单元、A/D转换单元、DSP控制器、D/A转换单元、功率放大单元和电源变换单元，所述转角传感器采集到的两个磁路的差分变化信号经信号调理单元后转换为模拟的电压信号，模拟的电压信号经过A/D转换单元转换为代表实际位置值的数字量后输入给DSP控制器，经DSP控制器处理后生成的执行信号依次通过D/A转换单元、功率放大单元输送到驱动电机的输入端。

所述DSP控制器通过网络适配器与上位机相连。