基于位置敏感探測器（PSD）的陀螺轉(zhuǎn)子微小擾動(dòng)角測量系統(tǒng)研制

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1、摘要陀螺轉(zhuǎn)子擾動(dòng)角的檢測是陀螺生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。我們在對陀螺轉(zhuǎn)子特性分析的基礎(chǔ)上，深入研究了國內(nèi)外微小角度動(dòng)態(tài)測量的相關(guān)資料。創(chuàng)造性地提出了以光學(xué)方法結(jié)合高精度的位置敏感探測器PSD，配合計(jì)算機(jī)分析和控制的方案對陀螺轉(zhuǎn)子的微小擾動(dòng)角進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)測量，研制出了專用的陀螺轉(zhuǎn)子擾動(dòng)角精密激光檢測儀，成功地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，解決了軍工生產(chǎn)中的這一重要難題，填補(bǔ)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(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究：（1）光路設(shè)計(jì)。研制了高穩(wěn)定度的半導(dǎo)體激光器光源，設(shè)計(jì)了專用的電源系統(tǒng)；并根據(jù)陀螺轉(zhuǎn)子的反射鏡為拋物面的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地利用陀螺轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專

2、門的光路，克服了光束經(jīng)陀螺轉(zhuǎn)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(guān)特點(diǎn)，重點(diǎn)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(shí)際使用過程中進(jìn)行了克服；并利用現(xiàn)有的設(shè)備對PSD的非線性誤差修正進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，取得了良好的效果。（3）設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的進(jìn)行，測量的自動(dòng)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(chǔ)上，開發(fā)了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和系統(tǒng)控制的軟件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高速自動(dòng)化測量功能。本系統(tǒng)在±10′的

3、范圍內(nèi)，檢測精度達(dá)0.1′，超額完成了軍工使用單位的技術(shù)要求，很好的實(shí)現(xiàn)了對陀螺轉(zhuǎn)子擾動(dòng)角的檢測?？朔艘恢币詠頉]有對陀螺轉(zhuǎn)子擾動(dòng)角量化測量的弊端，為陀螺轉(zhuǎn)子生產(chǎn)提供了科學(xué)的依據(jù)。對系統(tǒng)加以改造，還可以廣泛的應(yīng)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(zhuǎn)軸偏量的檢測、小角度、微小位移等的測量中，在實(shí)際的科研和生產(chǎn)中有著重要的意義。關(guān)鍵詞：激光技術(shù)角度測量數(shù)據(jù)采集陀螺轉(zhuǎn)子擾動(dòng)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