一种应变式角度传感器温漂零位补偿方法技术

本发明专利技术属于动态光束定向技术领域，公开了一种应变式角度传感器温漂零位补偿系统，包括：外环CCD，分别测得摆台x轴、y轴方向的光束角度偏差，光束角度偏差结合环境干扰输送至角度控制器形成角度主令，角度主令结合零位补偿器的优化输出传送至内环驱动控制器给出摆台控制电压，通过驱动摆台带动压电偏摆镜摆动，应变式传感器实时反馈摆台偏摆角度至零位补偿器，零位补偿器根据摆台蠕变干扰、角度传感器的温度效应及其热输出获得优化输出并传送至驱动控制器，实现驱动闭环控制。本发明专利技术实现对摆台蠕变干扰和传感器热输出的在线解算补偿，将其在复杂温度环境下长时间定向工作时的零漂控制在较小范围内，实现传感器输出数据优化输出。

A Zero Compensation Method for Temperature Drift of Strain Angle Sensor

The invention belongs to the field of dynamic beam orientation technology, and discloses a zero compensation system for temperature drift of strain angle sensor, which includes an outer ring CCD, which measures the beam angle deviation in the x-axis and Y-axis directions of the pendulum table respectively, a beam angle deviation combined with environmental interference is transmitted to the angle controller to form an angle master, and an angle master combined with the optimized output of the zero compensator is transmitted to the inner ring drive control. The controller gives the control voltage of the tilting table, drives the piezoelectric tilting mirror to swing by driving the tilting table, and the strain sensor feeds back the tilting angle of the tilting table to the zero compensator in real time. The zero compensator obtains the optimal output according to the creep interference of the tilting table, the temperature effect of the angle sensor and its thermal output, and transmits it to the driving controller to realize the closed-loop control. The invention realizes on-line solution compensation for creep disturbance of swing table and heat output of sensor, controls zero drift of long time directional operation under complex temperature environment in a small range, and realizes optimal output of sensor output data.

【技术实现步骤摘要】
一种应变式角度传感器温漂零位补偿方法
本专利技术属于动态光束定向
，涉及一种微位移压电驱动偏摆镜应变式角度传感器的温漂零位补偿方法，以提高其在复杂温度环境下的定位精度。
技术介绍
为了进一步提高光电跟踪系统的跟踪精度，国内外很多采用动态光束定向技术，将光束始终保持在某一方向或者将光束会聚锁定于空间某一固定点附近，使得成像目标稳定在视场中指定范围。为了提高控制带宽，平面反射镜采用工作频率较高的微位移压电驱动控制器控制驱动，亦称为压电偏摆镜。如图1所示，在典型的动态光束定向系统中，外环CCD分别测得x、y两轴方向上的光束角度偏差，经角度控制器形成角度主令导入内环压电偏摆镜驱动控制器，压电偏摆镜设置在摆台上，驱动控制器通过驱动摆台带动压电偏摆镜摆动，应变式角度传感器实时反馈摆台偏摆角度，实现驱动闭环控制，利用压电偏摆镜的两轴偏摆使光束会聚锁定于空间指定位置。以德国PI公司生产的XS-330二维压电偏摆台为典型的微位移压电促动器，其采用共面轴并联系统形成两轴偏摆，两对差分驱动压电陶瓷，实现了很好的稳定性和线性度，其响应速度为亚毫秒级，在实验室及工业中的到广泛运用。但是，由于采用应变式角度传感器封装，对温度变化相对敏感，其温度效应不可忽视，加之压电陶瓷本身的蠕变现象及其温度特性等影响因素，导致在复杂温度环境下工作时，传感器出现一定程度的零漂，影响偏摆镜的定位精度甚至激发震荡或发散，从而局限了压电偏摆台的使用范围。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：通过系列温度特性测试试验，基于测试数据提出一种针对微位移压电偏摆台的应变式角度传感器的温漂零位补偿方法，通过零位补偿器在线工作实时优化传感器角度输出，以实现压电偏摆台在-40℃～60℃环境温度变化范围内的正常工作。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种应变式角度传感器温漂零位补偿系统，其包括：外环CCD，分别测得摆台x轴、y轴两方向上的光束角度偏差，光束角度偏差结合环境干扰输送至角度控制器形成角度主令，角度主令结合零位补偿器的优化输出传送至内环驱动控制器，驱动控制器给出摆台控制电压，通过驱动摆台带动压电偏摆镜摆动，应变式传感器实时反馈摆台偏摆角度至零位补偿器，零位补偿器根据摆台蠕变干扰、角度传感器的温度效应及其热输出获得优化输出并传送至驱动控制器，实现驱动闭环控制。本专利技术还提供了一种基于上述应变式角度传感器温漂零位补偿系统的补偿方法，其包括以下步骤：步骤1：将摆台至于高低温试验箱中，控制驱动功率放大器开环给出恒定驱动电压，抛开摆台蠕变干扰，测得传感器温漂特性数据，基于传感器温漂特性数据，离线计算出热输出回归方程中参数a、b的数值；用热输出回归方程计算热输出补偿值，计算公式如下：式中：热输出补偿；a、b：热输出回归方程的参数；T：环境温度；步骤2：动态光束定向系统自检模式下，零位补偿器解算初始零位补偿；步骤3：动态光束定向系统完成自检转入工作模式，零位补偿器实时解算传感器优化输出进行实时零位补偿。其中，所述步骤1中，传感器温漂特性数据包括各温度梯度温度值、各温度梯度传感器输出算术平均值。其中，所述步骤1中，采用最小二乘法拟合摆台Tmin℃～Tmax℃环境温度变化范围内的热输出回归方程，其过程为：在Tmin℃～Tmax℃环境温度范围内进行多次温度循环测试，从Tmin℃～Tmax℃温度范围内固定间隔选取多个温度梯度温度值，测得各温度梯度温度值对应的多次测量求出的温度梯度传感器输出算术平均值，计算出环境温度平均值和传感器平均输出，根据环境温度平均值和传感器平均输出计算热输出回归方程中参数a、b的数值。其中，所述步骤1中，从Tmin℃～Tmax℃环境温度范围内选取n个温度梯度温度值，则有：式中：传感器平均输出；各温度梯度传感器输出算术平均值；环境温度平均值；Ti：各温度梯度温度值；T1＝Tmin，Tn＝Tmax；a：热输出回归方程斜率参数；b：热输出回归方程截距参数。其中，所述步骤1中，摆台环境温度变化范围为10℃～60℃，多次温度循环测试数据中，取T1＝10℃，T2＝20℃，…，T6＝60℃，其对应传感器输出的算术平均值记作六个梯度取n＝6。其中，所述步骤2中，动态光束定向系统自检模式下，零位补偿器解算初始零位补偿，计算公式如下：式中，x轴初始零位补偿；y轴初始零位补偿；θx+：CCD测得x轴角度正偏差；θy+：CCD测得y轴角度正偏差；θx-：CCD测得x轴角度负偏差；θy-：CCD测得y轴角度负偏差。则此阶段零位补偿器优化输出为：式中：x轴零位补偿器优化输出；y轴零位补偿器优化输出；θx：x轴传感器实际输出；θy：y轴传感器实际输出。其中，所述步骤3中，动态光束定向系统完成自检转入工作模式，零位补偿器实时解算传感器优化输出的过程为：保持步骤2中解算的值，当满足环境温度高于0℃，温度变化范围超过10℃且持续时间超过10分钟时，启动传感器热输出补偿模式，则此阶段零位补偿器优化输出为：式中：热输出补偿；T：环境温度；x轴零位补偿器优化输出；y轴零位补偿器优化输出；θx：x轴传感器实际输出；θy：y轴传感器实际输出。(三)有益效果上述技术方案通过加在传感器反馈回路的零位补偿器，实现对摆台蠕变干扰和传感器热输出的在线解算补偿，将其在复杂温度环境下长时间定向工作时的零漂控制在较小范围内，实现传感器输出数据优化，保障压电偏摆台在-40℃～60℃环境温度变化范围内的工作性能。本专利技术中设计的零位补偿易于工程实现，具有较广的普适性。附图说明图1动态光束定向系统框图。图2应变式角度传感器温漂零位补偿系统框图。图3低温环境下XS-330摆台传感器温漂特性。图4中高温环境下XS-330摆台传感器温漂特性及热输出回归方程直线。图5本专利技术零位补偿器数据优化效果。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。首先，本专利技术提供一种应变式角度传感器温漂零位补偿系统，如图3所示，该补偿系统包括：外环CCD，分别测得摆台x轴、y轴两方向上的光束角度偏差，光束角度偏差结合环境干扰输送至角度控制器形成角度主令，角度主令结合零位补偿器的优化输出传送至内环驱动控制器，驱动控制器给出摆台控制电压，通过驱动摆台带动压电偏摆镜摆动，应变式传感器实时反馈摆台偏摆角度至零位补偿器，零位补偿器根据摆台蠕变干扰、角度传感器的温度效应及其热输出获得优化输出并传送至驱动控制器，实现驱动闭环控制。下面，分析引起应变式角度传感器零漂的主要因素及本专利技术的应对方法：一、摆台蠕变干扰在高压驱动时，压电陶瓷微位移器出现蠕变现象，即在一定电压下，位移达到一定值后随时间缓慢变化，在较长的时间内达到稳定值。这一现象是微位移器内部电介质在电场作用下的极化弛豫造成的。蠕变与电压变化的方向无关，即在压电陶瓷的往返行程中，虽然存在着迟滞，但其蠕变值基本相同。蠕变随着加在压电陶瓷柱上的电压增量的增加而增加，即随着位移变化量的增大而增大，但其增加的比例逐渐变小。而摆台的角度偏转是通过一对压电陶瓷柱的推拉实现的，即加在两个陶瓷柱的电压不同，两者的蠕变情况并不相同，其叠加效果与摆台的位置有关。加之传感器自身也存在蠕变，使得摆台长期保持一个偏转角度引发的蠕变干扰缺乏重复性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应变式角度传感器温漂零位补偿系统，其特征在于，包括：外环CCD，分别测得摆台x轴、y轴两方向上的光束角度偏差，光束角度偏差结合环境干扰输送至角度控制器形成角度主令，角度主令结合零位补偿器的优化输出传送至内环驱动控制器，驱动控制器给出摆台控制电压，通过驱动摆台带动压电偏摆镜摆动，应变式传感器实时反馈摆台偏摆角度至零位补偿器，零位补偿器根据摆台蠕变干扰、角度传感器的温度效应及其热输出获得优化输出并传送至驱动控制器，实现驱动闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种应变式角度传感器温漂零位补偿系统，其特征在于，包括：外环CCD，分别测得摆台x轴、y轴两方向上的光束角度偏差，光束角度偏差结合环境干扰输送至角度控制器形成角度主令，角度主令结合零位补偿器的优化输出传送至内环驱动控制器，驱动控制器给出摆台控制电压，通过驱动摆台带动压电偏摆镜摆动，应变式传感器实时反馈摆台偏摆角度至零位补偿器，零位补偿器根据摆台蠕变干扰、角度传感器的温度效应及其热输出获得优化输出并传送至驱动控制器，实现驱动闭环控制。2.基于权利要求1应变式角度传感器温漂零位补偿系统的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将摆台至于高低温试验箱中，控制驱动功率放大器开环给出恒定驱动电压，抛开摆台蠕变干扰，测得传感器温漂特性数据，基于传感器温漂特性数据，离线计算出热输出回归方程中参数a、b的数值；用热输出回归方程计算热输出补偿值，计算公式如下：式中：热输出补偿；a、b：热输出回归方程的参数；T：环境温度；步骤2：动态光束定向系统自检模式下，零位补偿器解算初始零位补偿；步骤3：动态光束定向系统完成自检转入工作模式，零位补偿器实时解算传感器优化输出进行实时零位补偿。3.如权利要求2所述的应变式角度传感器温漂零位补偿方法，其特征在于，所述步骤1中，传感器温漂特性数据包括各温度梯度温度值、各温度梯度传感器输出算术平均值。4.如权利要求3所述的应变式角度传感器温漂零位补偿方法，其特征在于，所述步骤1中，采用最小二乘法拟合摆台Tmin℃～Tmax℃环境温度变化范围内的热输出回归方程，其过程为：在Tmin℃～Tmax℃环境温度范围内进行多次温度循环测试，从Tmin℃～Tmax℃温度范围内固定间隔选取多个温度梯度温度值，测得各温度梯度温度值对应的多次测量求出的温度梯度传感器输出算术平均值，计算出环境温度平均值和传感器平均输出，根据环...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁佳，邹伟，韩晓霞，周建华，杨艺帆，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51