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        長(zhǎng)距離激光測(cè)量中光束漂移的自動(dòng)補(bǔ)償

        2020-12-23 09:10:48楊濱赫蔡引娣文志祥凌四營(yíng)范光照
        光學(xué)精密工程 2020年11期
        關(guān)鍵詞:示數(shù)反射鏡光束

        楊濱赫,蔡引娣,文志祥,凌四營(yíng),范光照

        (大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 大連 116024)

        1 引 言

        隨著科技的發(fā)展,半導(dǎo)體激光器被廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量中。理論上,半導(dǎo)體激光器射出的激光是一條直線(xiàn),而實(shí)際上激光并非一條直線(xiàn),存在激光光束漂移。這將影響以半導(dǎo)體激光器為光源的激光測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度,特別是其長(zhǎng)距離測(cè)量精度。因此,消除或補(bǔ)償激光光束漂移是提高激光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的關(guān)鍵。

        激光光束漂移可分為平漂和角漂。引起光束漂移的原因主要有:激光器自身諧振腔熱變形、外部固定裝置緩慢機(jī)械位移和空氣各介質(zhì)折射率不同或大氣擾動(dòng)[1]。目前,抑制或補(bǔ)償激光光束漂移的方法主要有單模光纖法[2-3]、對(duì)稱(chēng)雙光束法[4-6]、干涉/衍射法[7-8]和共光路補(bǔ)償法[9]等。單模光纖法將激光器出射的光束耦合進(jìn)單模光纖中,并使用準(zhǔn)直鏡將光纖輸出的激光器出射光束整形為準(zhǔn)直光束。但是,光纖耦合裝置的穩(wěn)定性會(huì)影響輸出光束的穩(wěn)定。對(duì)稱(chēng)雙光束法通過(guò)不同反射次數(shù)產(chǎn)生兩束平行光,當(dāng)激光存在漂移時(shí)兩束平行光由于反射次數(shù)不同產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的漂移,使其對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)不變,從而減少激光漂移。但是,這種方法的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以調(diào)整。干涉/衍射法利用激光干涉衍射圖樣對(duì)相位板后光束平漂不敏感的特性減少激光光束平漂對(duì)測(cè)量的影響。但是,這種方法并未補(bǔ)償激光光束的平漂,無(wú)法減少角漂對(duì)測(cè)量的影響,因此應(yīng)用上有較大局限。共光路補(bǔ)償法使測(cè)量光束和參考光束經(jīng)過(guò)相同的路徑,用光束測(cè)量信號(hào)與參考光束信號(hào)的偏差來(lái)被動(dòng)地補(bǔ)償由光束漂移引起的誤差,進(jìn)而提高測(cè)量精度。然而,該系統(tǒng)只能補(bǔ)償角漂,不能補(bǔ)償平漂。

        哈爾濱工業(yè)大學(xué)[10]提出了一種以平動(dòng)式反射鏡作為調(diào)整元件的主動(dòng)式激光光束漂移補(bǔ)償系統(tǒng)。本課題組[11-13]設(shè)計(jì)了一種帶有壓電陶瓷致動(dòng)器(PZT)的二維角度調(diào)整架,作為調(diào)整單元對(duì)激光器的角漂進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。以上方式能實(shí)現(xiàn)激光光束漂移的高精度補(bǔ)償。但是,均補(bǔ)償?shù)氖菧y(cè)量近端的光束漂移量,無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離上激光光束漂移的補(bǔ)償。同時(shí),本課題組設(shè)計(jì)的補(bǔ)償系統(tǒng)[11-13]在有效補(bǔ)償角漂的同時(shí),還會(huì)引起激光器光束的平行偏移。

        本文提出了一種基于雙反射鏡的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償方法,用于自動(dòng)補(bǔ)償長(zhǎng)距離激光測(cè)量中的激光光束漂移對(duì)測(cè)量精度的影響。設(shè)計(jì)了基于雙反射鏡的激光漂移補(bǔ)償裝置,使用2個(gè)四象限光電探測(cè)器對(duì)激光光束漂移進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)基于BPNN的PID閉環(huán)控制方法驅(qū)動(dòng)PZT,以改變雙反射鏡的角度,從而改變激光光束的出射位置和角度,最終實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離下激光光束漂移的自動(dòng)補(bǔ)償。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)體積小,可集成到任意激光測(cè)量系統(tǒng)中,用于激光器的光束漂移補(bǔ)償。

        2 原 理

        2.1 激光光束漂移測(cè)量原理

        本文提出的基于雙反射鏡的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng),可以同時(shí)補(bǔ)償激光器產(chǎn)生的平漂和角漂,其補(bǔ)償原理如圖1所示。

        圖1 基于雙反射鏡的激光光束漂移補(bǔ)償原理

        半導(dǎo)體激光器LD射出的光經(jīng)過(guò)兩個(gè)直角反射鏡(M1,M2)反射后,被分光棱鏡BS1分成兩束光。反射光入射到平漂測(cè)量單元用于測(cè)量激光的平漂,透射光被BS2分成兩束光。BS2的透射光用于激光測(cè)量系統(tǒng),其反射光經(jīng)過(guò)直角反射鏡M3反射后入射到角漂測(cè)量單元用于測(cè)量激光的角漂。平漂測(cè)量單元由四象限光電探測(cè)器QPD1組成。角漂測(cè)量單元由聚焦透鏡FL和QPD2組成,且QPD2位于FL的焦平面處。

        激光器平漂的測(cè)量是基于激光準(zhǔn)直原理,如圖2所示。當(dāng)激光器存在平漂時(shí),激光光斑在QPD1上的位置會(huì)發(fā)生偏移。偏移量即為激光器在X和Y方向的平漂量δx,δy,可由下式計(jì)算得到:

        (1)

        (2)

        其中:kx,ky為QPD1的靈敏度,i1,i2,i3,i4為QPD1四個(gè)象限的電流值。

        圖2 激光平漂測(cè)量原理

        激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)FL后,匯聚到位于其焦平面處的QPD2上。當(dāng)激光器存在平漂時(shí),QPD2上的光斑并不會(huì)發(fā)生變化;當(dāng)激光器存在角漂時(shí),QPD2上的光斑會(huì)隨之發(fā)生偏移,如圖3所示。偏移量即為激光器在X和Y方向的角漂εx,εy,可由下式計(jì)算得到:

        (3)

        (4)

        圖3 激光角漂測(cè)量原理

        2.2 雙反射鏡瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心變化對(duì)QPD示數(shù)的影響

        理論上,直角反射鏡應(yīng)該始終圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)中心為直角反射鏡旋轉(zhuǎn)前光線(xiàn)的入射點(diǎn)I。但是,由于二維角度調(diào)整架結(jié)構(gòu)的影響,當(dāng)二維角度調(diào)整架發(fā)生角度變化時(shí),粘貼在其上的直角反射鏡的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心會(huì)發(fā)生變化,即旋轉(zhuǎn)中心變?yōu)锳點(diǎn),如圖4所示。旋轉(zhuǎn)中心的變化將影響激光光線(xiàn)在直角反射鏡上的反射位置,使激光產(chǎn)生一定的偏移x′。因此,需要分析雙反射鏡的旋轉(zhuǎn)中心變化對(duì)光線(xiàn)偏移的影響。

        圖4 二維角度調(diào)整架結(jié)構(gòu)導(dǎo)致直角反射鏡旋轉(zhuǎn)中心變化

        設(shè)二維角度調(diào)整架上端的支桿與下端球鉸的距離為L(zhǎng)1,M1的直角邊長(zhǎng)為D1。光線(xiàn)沿水平方向入射至M1上發(fā)生反射,入射點(diǎn)M為理想旋轉(zhuǎn)中心。當(dāng)二維角度調(diào)整架上端的支桿伸長(zhǎng)Δ1時(shí),即M1旋轉(zhuǎn)角度β1,如圖5所示,此時(shí)的旋轉(zhuǎn)中心變成P點(diǎn),其與理想旋轉(zhuǎn)中心的橫向和縱向偏移量均為Δx1。

        圖5 直角反射鏡M1旋轉(zhuǎn)中心變化

        以O(shè)為原點(diǎn)建立平面坐標(biāo)系XOY,如圖5所示。根據(jù)圖中的幾何關(guān)系,M1初始狀態(tài)下鏡面y1和旋轉(zhuǎn)后鏡面y2可分別表示為:

        (5)

        (6)

        聯(lián)立上式,可求得旋轉(zhuǎn)中心P點(diǎn)縱坐標(biāo)為:

        (7)

        理想旋轉(zhuǎn)中心M點(diǎn)的縱坐標(biāo)為:

        (8)

        因此,瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心偏移量Δx1可表示為:

        (9)

        其中:D1為M1的直角邊長(zhǎng),L1為球鉸與支桿的距離,β1為M1的旋轉(zhuǎn)角度。

        故M1瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心變化會(huì)使QPD1的示數(shù)產(chǎn)生Δx1的偏移。根據(jù)自準(zhǔn)直原理,M1瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心變化對(duì)QPD2的示數(shù)無(wú)影響。

        2.2.2 直角反射鏡M2瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心變化對(duì)QPD示數(shù)的影響

        設(shè)二維角度調(diào)整架上端的支桿與下端球鉸的距離為L(zhǎng)2,M2的直角邊長(zhǎng)為D2。光線(xiàn)沿水平方向入射至M2上發(fā)生反射,入射點(diǎn)N為理想旋轉(zhuǎn)中心。當(dāng)二維角度調(diào)整架上端的支桿伸長(zhǎng)Δ2時(shí),即M2旋轉(zhuǎn)角度β2,如圖6所示,此時(shí)的旋轉(zhuǎn)中心變成Q點(diǎn),其與理想旋轉(zhuǎn)中心的橫向和縱向偏移量均為Δx2。

        圖6 直角反射鏡M2旋轉(zhuǎn)中心變化

        (10)

        (11)

        聯(lián)立上式,可求得旋轉(zhuǎn)中心Q點(diǎn)縱坐標(biāo)為:

        (12)

        理想旋轉(zhuǎn)中心N點(diǎn)的縱坐標(biāo)為:

        (13)

        因此,瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心偏移量Δx2可表示為:

        (14)

        其中:D2為M2的直角邊長(zhǎng),L2為球鉸與支桿的距離,β2為M2的旋轉(zhuǎn)角度。

        故M2瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心變化會(huì)使QPD1的示數(shù)產(chǎn)生Δx2的偏移。根據(jù)自準(zhǔn)直原理,M2瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心變化對(duì)QPD2的示數(shù)無(wú)影響。

        2.2.3 直角反射鏡M1,M2瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心同時(shí)變化對(duì)QPD示數(shù)的影響

        根據(jù)激光自準(zhǔn)直原理可知,激光器出射的激光角度不受M1,M2旋轉(zhuǎn)中心偏移量的影響,故QPD2的示數(shù)θx2可表示為:

        θx2=2(β2-β1),

        (15)

        其中β1和β2分別為M1和M2的旋轉(zhuǎn)角度。

        (16)

        其中:lM1·M2為M1,M2理想旋轉(zhuǎn)中心的距離,lM2·QPD1為M2理想旋轉(zhuǎn)中心到QPD1的光程,Δx1,Δx2分別為M1,M2瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的偏移量。

        圖7 M1,M2角度偏轉(zhuǎn)對(duì)QPD1,QPD2示數(shù)的影響

        在Zemax軟件中建立模型,其中L=20 mm,D=10 mm,lM1·M2=12 mm,lM2·QPD1=15 mm,將式(16)分為3部分進(jìn)行分析,即:

        x′=a+b+c,

        (17)

        其中:a=lM1·M2tan(2β1)+lM2·QPD1tan(2β2),

        分析結(jié)果如表1所示,由表中數(shù)據(jù)可知,b,c與a相差兩個(gè)數(shù)量級(jí),因此公式中b,c可以忽略不計(jì)。

        表1 M1,M2瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心同時(shí)變化對(duì)激光光束偏移量的影響

        QPD1示數(shù)簡(jiǎn)化為:

        x′=lM1·M2tan(2β1)+lM2·QPD1tan(2β2).

        (18)

        2.3 雙反射鏡激光光束漂移補(bǔ)償原理

        激光器光束平漂補(bǔ)償原理如圖8所示。當(dāng)激光器發(fā)射的激光存在平漂Δx時(shí),M1和M2轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度Δθx1,使M2的反射光線(xiàn)產(chǎn)生Δx的偏移。轉(zhuǎn)動(dòng)角度Δθx1與平漂Δx的關(guān)系如下:

        Δx=lM1·M2·sin(2Δθx1)+x′=
        lM1·M2·sin(2Δθx1)+
        (lM1·M2+lM2·QPD1)tan(2Δθx1).

        (19)

        圖8 激光光束平漂補(bǔ)償原理

        激光器光束角漂補(bǔ)償原理如圖9所示。當(dāng)激光器發(fā)射的激光存在角漂Δθx時(shí),M2轉(zhuǎn)動(dòng)角度Δθx2使出射光轉(zhuǎn)動(dòng)Δθx的角度。轉(zhuǎn)動(dòng)角度Δθx2與角漂Δθx的關(guān)系如下:

        Δθx=2Δθx2.

        (20)

        圖9 激光光束角漂補(bǔ)償原理

        3 激光光束漂移補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)

        3.1 激光光束漂移反饋系統(tǒng)

        激光光束漂移反饋系統(tǒng)的工作流程如圖10所示。當(dāng)系統(tǒng)的平漂測(cè)量單元和角漂測(cè)量單元測(cè)量到激光光束漂移時(shí),QPD1和QPD2將激光光束漂移轉(zhuǎn)換為電流信號(hào),經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換和放大后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)中通過(guò)PID控制得到PZT的變化量,并發(fā)送到PZT驅(qū)動(dòng)器以改變二維角度調(diào)整架的角度,實(shí)現(xiàn)激光光束漂移的補(bǔ)償。

        圖10 反饋系統(tǒng)的工作流程

        實(shí)驗(yàn)采用PZT實(shí)現(xiàn)對(duì)二維角度調(diào)整架的微小角度調(diào)整,PZT型號(hào)為AL1.65×1.65×5D-4F。集成PZT的二維角度調(diào)整架設(shè)計(jì)原理詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[11]。

        設(shè)PZT變化量為Δl,因此由PZT變化引起的二維角度調(diào)整架和直角反射鏡的角度變化量Δθ為:

        (21)

        其中L為PZT與球鉸的距離。因此,PZT變化量Δl與激光光束漂移量Δx和Δθx的關(guān)系可表示為:

        (22)

        (23)

        3.2 BPNN-PID控制系統(tǒng)

        BPNN具有信息的分布式存儲(chǔ)以及自組織自學(xué)習(xí)的功能,在處理多輸入、非線(xiàn)性、耦合復(fù)雜的對(duì)象有廣泛的應(yīng)用。因此,將PID控制算法與BPNN相結(jié)合,設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的BPNN-PID控制系統(tǒng)。

        經(jīng)典PID控制采用增量式PID控制算法進(jìn)行閉環(huán)控制,增量式PID控制算法如下:

        u(t)=u(t-1)+kp[e(t)-e(t-1)]+kie(t)+
        kd[e(t)-2e(t-1)+e(t-2)].

        (24)

        BPNN結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層和輸出層,本研究中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為3-5-3結(jié)構(gòu)。

        隱含層神經(jīng)元和輸出層神經(jīng)元的激活函數(shù)為:

        (25)

        式(26)為BPNN的代價(jià)函數(shù):

        (26)

        其中:y為輸出層第j個(gè)神經(jīng)元的輸出值,y′為輸出層第j個(gè)神經(jīng)元的理想輸出值。

        傳統(tǒng)BPNN采用梯度下降法求解最小值,存在訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng)、易陷入局部最小值等問(wèn)題。因此,本文采用了附加動(dòng)量項(xiàng)的方法對(duì)BPNN進(jìn)行改進(jìn),提高了BPNN的訓(xùn)練速度,減少了BPNN陷入局部最小值的可能。

        其中,輸出層與隱含層的權(quán)值調(diào)整量為:

        Δυkj(t)=ηδkOj(t)+αΔυkj(t-1).

        (27)

        隱含層與輸入層的權(quán)值調(diào)整量為:

        Δωji(t)=ηδjOi(t)+αΔωji(t-1),

        (28)

        其中:η是學(xué)習(xí)率,α為動(dòng)量系數(shù);δk為輸出層和隱含層連接的輸出誤差,δj為隱含層和輸入層連接的輸出誤差。

        BPNN-PID控制系統(tǒng)流程如圖11所示,具體步驟如下:

        (1)確定BPNN結(jié)構(gòu),即輸入層、隱含層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù),并對(duì)權(quán)值、學(xué)習(xí)率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;

        (2)使用訓(xùn)練樣本對(duì)權(quán)值進(jìn)行訓(xùn)練并更新權(quán)值;

        (3)訓(xùn)練完成后使用測(cè)試樣本進(jìn)行測(cè)試,得到測(cè)試誤差;

        (4)若測(cè)試誤差大于期望誤差,則返回(1);若測(cè)試誤差小于期望誤差,則進(jìn)入(5);

        (5)通過(guò)訓(xùn)練完成的BPNN對(duì)實(shí)時(shí)輸入進(jìn)行計(jì)算,得到實(shí)時(shí)更新的PID參數(shù);

        (6)使用實(shí)時(shí)更新的PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,得到控制誤差;

        (7)若控制誤差大于期望誤差,則返回(1);若控制誤差小于期望誤差,則繼續(xù)控制。

        圖11 BPNN-PID控制系統(tǒng)流程

        設(shè)置BPNN-PID控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)率η=0.01,動(dòng)量系數(shù)α=0.2,初始權(quán)值為[-1,1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。訓(xùn)練樣本包括控制階段樣本和穩(wěn)定階段樣本,數(shù)量為18 318,測(cè)試樣本數(shù)量為1 500。訓(xùn)練后測(cè)試結(jié)果的期望誤差ε設(shè)置為0.000 1,仿真控制結(jié)果的期望誤差β設(shè)置為±1 μm和±1″。

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        根據(jù)圖1所示的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)原理,搭建了激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置,如圖12所示。半導(dǎo)體激光器選用西安華科光電有限公司的DA635型半導(dǎo)體激光器。四象限光電探測(cè)器選用德國(guó)First Sensor公司的QP5.8-6-TO5型四象限光電探測(cè)器。激光器、角度調(diào)整元件、BS1和QPD1固定在近端,F(xiàn)L1和QPD2固定在遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端和近端的距離為1.2 m。BS3,F(xiàn)L2,QPD3和QPD4固定在導(dǎo)軌上作為檢測(cè)單元,用于檢測(cè)所設(shè)計(jì)的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的控制效果。

        圖12 激光光束漂移補(bǔ)償系統(tǒng)示意圖

        4.1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

        首先,對(duì)QPD1靈敏度進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定結(jié)果如圖13所示。QPD1X方向(kx1)和Y方向(ky1)的靈敏度分別為-2 424.98 μm/V和1 638.42 μm/V。

        圖13 QPD1標(biāo)定結(jié)果

        其次,對(duì)QPD2靈敏度進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定結(jié)果如圖14。QPD2X方向(kx2)和Y方向(ky2)的靈敏度分別為-1 306.22 (″)/V和1 055.29 (″)/V。

        由圖13和圖14可知,QPD1和QPD2在±100 μm和±100″量程內(nèi),標(biāo)定殘差均小于±1 μm和±1″。

        圖14 QPD2標(biāo)定結(jié)果

        4.2 BPNN-PID控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

        對(duì)所設(shè)計(jì)的BPNN-PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試。仿真信號(hào)為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采集得到的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。圖15(a)為控制系統(tǒng)輸入的仿真信號(hào)和經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)控制后的輸出信號(hào),圖15(b)為控制系統(tǒng)輸出的實(shí)時(shí)PID參數(shù)。

        (a)仿真控制結(jié)果

        (b)仿真PID輸出

        由控制結(jié)果圖15可知,經(jīng)過(guò)BPNN-PID控制系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制后的信號(hào)可以穩(wěn)定在0附近。因此,所設(shè)計(jì)的BPNN-PID控制系統(tǒng)有效且控制效果良好。

        4.3 激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

        在搭建好的激光光束漂移補(bǔ)償系統(tǒng)上進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)單元距近端光程1 m,設(shè)置系統(tǒng)的采樣頻率為20 Hz。通過(guò)采集檢測(cè)單元QPD3的示數(shù)x,y作為激光光束平漂的測(cè)試結(jié)果,采集QPD4的示數(shù)θx和θy作為激光光束角漂的測(cè)試結(jié)果。在激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)未開(kāi)啟時(shí)采集了15 min的補(bǔ)償前穩(wěn)定性數(shù)據(jù),隨后開(kāi)啟激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)激光光束漂移進(jìn)行補(bǔ)償,并采集了15 min的補(bǔ)償后穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果如圖16所示。

        (a)補(bǔ)償前后QPD3示數(shù)

        (b)補(bǔ)償前后QPD4示數(shù)

        由以上結(jié)果可知,在光程1 m的位置處使用所設(shè)計(jì)的激光光束漂移補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)激光光束進(jìn)行控制后,在15 min內(nèi),半導(dǎo)體激光器出射光線(xiàn)的平漂從±9 μm補(bǔ)償?shù)搅恕? μm內(nèi),角漂從±5″補(bǔ)償?shù)搅恕?.5″內(nèi)。因此,該方法能夠提高1 m內(nèi)半導(dǎo)體激光光束的穩(wěn)定性,減小長(zhǎng)距離下的激光光束漂移。需要注意的是,補(bǔ)償后激光光束仍然在小范圍內(nèi)波動(dòng)。其主要原因有:系統(tǒng)的穩(wěn)定性,特別是二維角度調(diào)整架的穩(wěn)定性,會(huì)影響光束漂移抑制的效果;光束漂移抑制系統(tǒng)的反饋時(shí)間也會(huì)影響光束漂移的抑制效果;在長(zhǎng)期反復(fù)使用過(guò)程中,PZT的靈敏度會(huì)受到使用次數(shù)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等的影響。在未來(lái)的研究中,要解決上述問(wèn)題對(duì)基于雙反射鏡的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的影響,以便更好地控制激光光束漂移。

        5 結(jié) 論

        本文針對(duì)長(zhǎng)距離下激光光束漂移難以補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題,提出了一種基于雙反射鏡的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償方法,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離下激光光束漂移的補(bǔ)償。首先,介紹了激光光束漂移補(bǔ)償原理和BPNN-PID控制系統(tǒng)流程,然后搭建了實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)補(bǔ)償效果進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的激光光束漂移自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)在15 min,1 m的量程內(nèi)能夠?qū)⒓す獾钠狡瘡摹? μm補(bǔ)償?shù)健? μm,角漂從±5″補(bǔ)償?shù)健?.5″。該系統(tǒng)能夠在長(zhǎng)距離下較好地穩(wěn)定半導(dǎo)體激光器的激光光束,減少激光光束漂移,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離下激光光束漂移的補(bǔ)償,提高半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定性。

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