基于位置敏感探测器（PSD）的陀螺转子微小扰动角测量系统研制

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1、摘要陀螺转子扰动角的检测是陀螺生产过程中的关键技术。我们在对陀螺转子特性分析的基础上，深入研究了国内外微小角度动态测量的相关资料。创造性地提出了以光学方法结合高精度的位置敏感探测器PSD，配合计算机分析和控制的方案对陀螺转子的微小扰动角进行高精度实时测量，研制出了专用的陀螺转子扰动角精密激光检测仪，成功地应用于生产实际，解决了军工生产中的这一重要难题，填补了这方面的国内空白。系统研制过程中，主要对以下几个关键技术进行了研究：（1）光路设计。研制了高稳定度的半导体激光器光源，设计了专用的电源系统；并根据陀螺转子的反射镜为抛物面的特点，创造性地利用陀螺转子的特点，设计了专

2、门的光路，克服了光束经陀螺转子反射后产生的畸变，满足了传感器系统对激光束质量的要求。（2）全面研究了位置敏感探测器PSD的特性。首先根据PSD器件的工作原理和相关特点，重点研究了各种干扰因素对PSD检测精度的影响和误差的来源，并在实际使用过程中进行了克服；并利用现有的设备对PSD的非线性误差修正进行了理论分析和实验研究，取得了良好的效果。（3）设计了数据采集系统和数据处理软件。系统的测量工作要求实时、动态的进行，测量的自动化和高速数据处理必不可少。我们在对系统要求分析的基础上，开发了实现数据采集、分析和系统控制的软件，实现了系统的高速自动化测量功能。本系统在±10′的

3、范围内，检测精度达0.1′，超额完成了军工使用单位的技术要求，很好的实现了对陀螺转子扰动角的检测。克服了一直以来没有对陀螺转子扰动角量化测量的弊端，为陀螺转子生产提供了科学的依据。对系统加以改造，还可以广泛的应用于高能物理中的粒子散射、纳米测量以及工业上高速转轴偏量的检测、小角度、微小位移等的测量中，在实际的科研和生产中有着重要的意义。关键词：激光技术角度测量数据采集陀螺转子扰动角位置敏感探测器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