康普顿光源精密调节系统关键技术的研究

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1、分类号：TP27密级：UDC：621编号：15-080200-100M河北工业大学硕士学位论文康普顿光源精密调节系统关键技术的研究论文作者：陈琪学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：李铁军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONTHEKEYTECHNOLOGYOFPRECISIONREGULATINGSYSTEMFORCOMPTONLIGHTSOURCEbyChenQiSupervisor:Pr

2、of.LiTiejunMarch2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；

3、学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要近年来我国的航天事业迅猛发展，因而对航天事业中使用的各种装备不断提出新的要求。作为航天探测中的一类有效载荷，X/γ探测器在许多场合都有很重要的作用。X/γ探测器在执行探测任务之前需要在地面进行非常精确的定标实验，而现阶段无法通过已有的放射源进行精确定标，所以迫切需要探求到一种单色性好、能量覆盖范围广且峰值能量可调的γ光源来满足X/γ探测器的定标需求。γ射线是通过电子束与激光进行碰撞发

4、生康普顿散射而获得的，所以需要让束腰半径都是20μm的激光束与电子束在空间中进行高精度的碰撞。通过对国内外微机电系统（MEMS）发展现状的研究，论文设计出一套康普顿光源精密调节系统来精确控制激光的光路，让其与电子束发生高精度的碰撞。康普顿实验中使用的激光和电子束都是不可见的，论文提出在激光和电子束的设定碰撞点处放一个YAG荧光靶，让激光和电子束打在荧光靶上产生荧光效应，出现两个可见光斑，通过康普顿光源精密调节系统来改变激光光路，进而改变激光光斑在荧光靶上的位置，最后让两个光斑达到要求的重合度。为了实现对激光光路的精确控制，精密调节系统中激光反射镜的转角定位精-4度需要达到6×10度。

5、论文选用具有纳米分辨率的压电陶瓷电机作为驱动元件，设计无机械摩擦、无间隙、结构紧凑的柔性铰链作为传动元件，以保证机械结构的定位精度。由于激光和电子束束腰半径只有20μm，论文提出采用高分辨率的CCD相机和显微镜头来对荧光靶上激光和电子束的光斑位置进行检测，以保证两个光斑的重合度。论文还使用模糊PID控制算法构建基于视觉反馈的全闭环控制系统来对光斑位置进行快速、稳定和准确的调节。论文对康普顿光源精密调节系统的机械结构进行有限元分析，结果显示其最大应力和行程符合使用要求。然后分析由加工精度引起的柔性铰链转动刚度误差，并用误差数据对理论计算结果进行补偿，建立系统的传递函数，通过Simuli

6、nk进行仿真来验证整个系统的可行性。最后通过实验对比PID算法和模糊PID算法的控制效果，发现模糊PID控制算法适应性更强，超调较小，控制更加平稳，并且在平衡状态稳定性更好。关键词：微机电系统；柔性铰链；压电陶瓷；视觉检测；模糊PIDIABSTRACTRecently,withtheaerospaceindustryrapiddeveloping,therequirementsforequipmentincreasing.X/γ-raysdetector,asakindofpayloadinspaceprobe,playsanimportantroleinmanyimportanta

7、pplications.Beforeexecutingatask,theX/γ-raysdetectorshouldbecalibratedontheearth.Buttheradioactivesourceexistedcan`tmeettherequirementofaccuracy.Soit`sdesiredtoseekakindofγ-rayssourcethatit`senergymonochromaticityisgood,energyrang