音圈电机驱动的快速反射镜结构与特性

          快速控制反射镜(Fast Steering Mirror，也称为快速倾斜镜)是采用反射镜面精确控制光束方向的一种装置，与大惯量机架结构的主系统共同构成复合轴跟踪系统，在各种光学系统中用于对准和稳定光 束。在天文望远镜、激光通讯、图象稳定系统、自适应系统、跟踪瞄准和激光发射光学系统中广为应用。近些年国内外都在不断地研制和发展这种装置。

          快速反射镜结构主要由支撑基座、内框架、外框架、反射镜、驱动元件、运动传递元件以及测角元件组成。

          快速反射镜常用驱动元件有压电陶瓷和音圈电机。压电陶瓷的谐振频率较高，但所需驱动电压高，成本高，可驱动行程较小，且随着行程的增大，产生的累积误差也增大。音圈电机的行程比压电陶瓷高出2个数量级，调速性能好、启动转矩大、驱动电压小，对环境的适应性强，缺点是响应频率低，由它构成的控制系统带宽都在100 Hz以下。

          传统的两轴系快速反射镜多采用驱动转轴的方式控制反射镜转动，这种驱动方法需要克服的结构转动惯量及摩擦力矩较大，对反射镜转角测量产生的误差也较大。因此，采用直线音圈电机驱动框架边缘转动的直接驱动方式。音圈电机的伸缩杆通过柔性铰链连接在框架上。电机的运动方式为直线，而框架产生的运动为转动，为了避免干涉，增加了柔性铰链在反射镜工作方向提供柔顺度，即增加了1个自由度。

           快速反射镜的内外框架的角度转动量均采用自主研发的光栅测微仪进行测量，该装置具有测量精度高、响应频率高、抗干扰能力强、体积小等优点，测量分辨率优于0.06 μm，相应的角度分辨率可达0.1″。在FSM系统中，2个光栅测微仪与2个直线音圈电机相对于轴线对称分布，通过柔性铰链直接连接在内、外框架上，将角度变化转变为光栅尺测量头的直线距离，不增大摩擦力矩，有效减小了测量误差，大大提高了系统的控制精度和可靠性。

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