| 题名 | 基于压电陶瓷的低温光学扫描系统研究 |
| 作者 | 张旋 |
| 答辩日期 | 2012-05-22 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 潘鸣 |
| 关键词 | 压电陶瓷 低温光学系统 低温扫描 低温迟滞蠕变特性 |
| 学位专业 | 电路与系统 |
| 英文摘要 | 在长波红外天文望远镜和空间目标探测等任务中，为了降低光学系统自身热辐射带来的背景噪声，提高探测灵敏度，必须采用低温光学系统。扫描系统作为低温光学系统中的重要组成部分也要求在低温下能够正常工作并具有较高的性能。研究在低温下工作的扫描系统对发展低温光学具有重大意义。本文根据低温扫描的应用需求和特点，采用压电陶瓷作为扫描驱动部件，构建了在低温下工作的低温光学扫描系统，采用设计-实验-设计反复改进的研究方法，使扫描系统在低温环境下达到了较高的性能。 本文首先分析了系统设计中的关键技术。以空间目标探测的任务需求为例，分析了低温光学系统的辐射特性和温度需求；理论分析了压电陶瓷的工作原理和特性，在此基础上对驱动技术进行了研究；针对低温的应用需求分析了低温材料的选择；此外还对实验中使用的动态角度测量技术进行了研究。在理论分析的基础上，本文设计了基于压电陶瓷的低温光学扫描系统原理样机。采用压电双晶片驱动器作为驱动部件设计并搭建了适用于低温环境的扫描机构。根据压电陶瓷的驱动特点，设计了扫描机构的驱动控制电源，完成了扫描系统的硬件实现，并分析了扫描系统的运动传递特性。根据系统的应用需求，本文进行了扫描系统控制方法的研究。针对扫描系统线性扫描成像的应用，采用驱动电压补偿非线性校正的方法使扫描波形的线性度得到显著提高。探索了扫描系统在指向定位应用中的控制策略，提出了蠕变补偿校正的方法。为了验证扫描系统的低温扫描性能，本文搭建了低温实验的测试平台，进行了扫描系统的低温扫描实验研究。测试结果表明，扫描系统在低温120K下能够达到1.2°的扫描幅度，扫描精度优于100μrad，最大扫描速度达到14mrad/s，可以满足低轨长波红外相机低温光学系统中的扫描应用要求，从而验证了压电陶瓷在低温扫描中的可行性。通过对扫描系统迟滞蠕变特性的实验研究，发现压电陶瓷的迟滞度和蠕变系数均随温度的降低而上升，对压电陶瓷的低温特性有了进一步的认识。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5442]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张旋. 基于压电陶瓷的低温光学扫描系统研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012. |
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