空间载荷中利用调制光源去除PSD背景光影响的方法

针对用于精密位移测量的位置敏感探测器(PSD)敏感度高、易受背景光影响的问题,设计了利用开关光源去除背景光的PSD位置测量系统。该系统将光源调制为脉冲光,使用数字信号处理器(DSP)在PSD响应信号的高电平和低电平处分别进行采样,高电平处为光源和背景光叠加产生的信号,低电平处为背景光产生的信号,两信号相减即可去除背景光的干扰。在实际系统中利用专用调理电路转换放大PSD电流信号,通过高精度A/D采集后发送给DSP进行数据处理和坐标运算;在采集完一定样本数量的数据后,通过最小二乘法对试验数据进行线性标定,以减少线性误差。利用上述方法在背景光条件下分别进行了精度和线性度测试,试验结果表明,在背景光存在的条件下,该系统的测量精度可以由100μm提升到15μm,平均线性误差可以控制到13μm,采样周期最小为2 ms;在保证精度、速率和线性误差的同时有效消除了背景光的影响。

基于高速视觉的静电悬浮控制系统

静电悬浮是一种无接触式研究材料深过冷等特性的重要方法之一,为此设计了一套地面静电悬浮控制系统。基于双GPU建立图像采集和位置解算系统,使用实时检测算法完成对目标的实时检测。对样品带电以及动力学建模,通过开环-赋初值PID的控制策略,实现材料的融化悬浮等实验,省去了深紫外灯进行电荷补充的装置。实验证明,图像处理速度在304×304像素达到了700 frame/s,同时规则球体控制精度约在±0.02 mm以内。模型仿真控制结果和实际实验控制结果的相关参数基本一致。加入900 V(该电压引起材料的加速度约为1.274 m/s^2)的人工扰动下,静电悬浮约340 ms即可稳定,证明了基于高速视觉的静电悬浮控制系统的可行性与可靠性和静电悬浮动力学建模的准确性。