基于位置敏感探測器（PSD）的陀螺轉子微小擾動角測量系統(tǒng)研制

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1、摘要陀螺轉子擾動角的檢測是陀螺生產(chǎn)過程中的關鍵技術。我們在對陀螺轉子特性分析的基礎上，深入研究了國內(nèi)外微小角度動態(tài)測量的相關資料。創(chuàng)造性地提出了以光學方法結合高精度的位置敏感探測器PSD，配合計算機分析和控制的方案對陀螺轉子的微小擾動角進行高精度實時測量，研制出了專用的陀螺轉子擾動角精密激光檢測儀，成功地應用于生產(chǎn)實際，解決了軍工生產(chǎn)中的這一重要難題，填補了這方面的國內(nèi)空白。系統(tǒng)研制過程中，主要對以下幾個關鍵技術進行了研究：（1）光路設計。研制了高穩(wěn)定度的半導體激光器光源，設計了專用的電源系統(tǒng)；并根據(jù)陀螺轉子的反射鏡為拋物面的特點，創(chuàng)造性地利用陀螺轉子的特點，設計了專

2、門的光路，克服了光束經(jīng)陀螺轉子反射后產(chǎn)生的畸變，滿足了傳感器系統(tǒng)對激光束質(zhì)量的要求。（2）全面研究了位置敏感探測器PSD的特性。首先根據(jù)PSD器件的工作原理和相關特點，重點研究了各種干擾因素對PSD檢測精度的影響和誤差的來源，并在實際使用過程中進行了克服；并利用現(xiàn)有的設備對PSD的非線性誤差修正進行了理論分析和實驗研究，取得了良好的效果。（3）設計了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件。系統(tǒng)的測量工作要求實時、動態(tài)的進行，測量的自動化和高速數(shù)據(jù)處理必不可少。我們在對系統(tǒng)要求分析的基礎上，開發(fā)了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和系統(tǒng)控制的軟件，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高速自動化測量功能。本系統(tǒng)在±10′的

3、范圍內(nèi)，檢測精度達0.1′，超額完成了軍工使用單位的技術要求，很好的實現(xiàn)了對陀螺轉子擾動角的檢測?？朔艘恢币詠頉]有對陀螺轉子擾動角量化測量的弊端，為陀螺轉子生產(chǎn)提供了科學的依據(jù)。對系統(tǒng)加以改造，還可以廣泛的應用于高能物理中的粒子散射、納米測量以及工業(yè)上高速轉軸偏量的檢測、小角度、微小位移等的測量中，在實際的科研和生產(chǎn)中有著重要的意義。關鍵詞：激光技術角度測量數(shù)據(jù)采集陀螺轉子擾動角位置敏感探測器IABSTRACTThemeasurementofthesmallinterferentialangleofpeg-topisakeytechnologyintheproces

4、soffabricatingpeg-top.Onthebaseofanalyzingpeg-top,westudydeeplytheinterrelateddocumentsintheareaofdynamicmeasurementofsmallangleandbringforwardatechnicalprojecttomeasuretheangle,whichusestheopticalmethod,combinesthehigh-resolutionPositionSensitiveDetector(PSD),integrateswithacomputerwhi

5、chexecutesthedatacollectingandanalyzingtask.Asaresult,wedevelopaspecialhigh-resolutionlaserdetector,whichisappliedsuccessfullytoproducethepeg-top.Thedifficultproblemisresolvedsuccessfullyinpeg-topproducingprocessandtheblankinthisareaofourcountryisfilled.Intheprocessofmeasuringsystemdeve

6、loping,thefollowingkeytechnologiesarestudied:(1)Designthelightway.Thehighstablelightsourceandspecialpowersystemaredesigned.Accordingtothecharacteristicofthereflectorofpeg-topwhichisaparaboloid,wedesignthespeciallightway,whichusefullythereflectorandovercometheabrranceoflightbeamafterrefl

7、ectedbytheparaboloid.Therequestofsensorsystemissatisfied.(2)StudythespecialpropertyofPSDandrealizethehigh-resolution.AccordingtotheworkprincipleandpropertyofPSD,wefocusonthestudyofinterferingcomplicationsthateffecttheprecision.Andwemakeanacademicanalyzingonthenon-linearerrorcor