一种基于压电陶瓷的目标精跟踪系统

　　2.3对高压电路的要求

　　压电陶瓷是利用其在外加电场作用下，具有逆压电效应或电致伸缩效应产生形变。压电陶瓷致动器的驱动电源应具有输出电流大，文波小的特点。我们采用达林顿管构成有源滤波电路，可以实现小文波，大电流的输出。在整流电路中，需要使用高压大电容，需要放电回路，但是使用大电阻放电时间过长；使用小电阻，在工作过长中，电阻上的电流过大，导致电阻发热过大。为此，我们采用两级放电的办法，可以解决以上放电时间长，或电阻功耗过大的问题。两级放电回路原理图如图2 所示。当电容电压很高时，比较器U1 输出低电平，Q1 截止，电容只能通过，大电阻R1,R2 放电，当电容电压低于某个临界值时，U1 输出高电平，电容通过小电阻R3 放电。

图2 两级放电回路

　　如图3 为高压驱动电路及放电回路。输入由D/A 转换输出的信号与反馈信号比较，若输入D/A 转换信号大，U1 输出低电平，截止，电源对压电陶瓷晶体充电。其中T2、构成达林顿管。U2 构成比较放大电路，输出电压与压电陶瓷的电压相比较，若压电陶瓷晶体的电压高，U2 输出高电平，导通，压电陶瓷晶体放电。反之，压电陶瓷晶体充电。

　　2.4压电陶瓷微位移装置

　　压电陶瓷（PZT）在外电场的作用下，内部的正负电荷中心产生相对位移，该位移使压电体产生形变，表现为压电陶瓷有一定的伸缩能力。利用压电陶瓷（PZT）的伸缩能力可以实现对倾斜镜的角度控制。其原理如图4：

图4 倾斜镜系统原理图

　　其中，O 为支点,A,B 为压电陶瓷（PZT）。大圆圈代表倾斜镜.压电陶瓷（PZT）的平衡点为驱动器工作在100V 的工作电压下。这样，当驱动电压升高时，倾斜镜向一个方向运动；当驱动电压降低时，倾斜镜向相反的方向运动。

　　本系统的压电陶瓷（PZT）在200V 电压下可以伸长30μm，即压电陶瓷（PZT）的前后变化范围为15 μm 。OA、OB 的长为5 cm 。计算可知，倾斜镜前后变化范围为0.3 mrad 。又由于望远镜的放大倍数为10倍，

　　所以，本系统可以调节抖动在3 mrad 以内的光斑。完全能满足我们的要求。

3.试验结果与结论

　　试验结果表明，本系统可以实现40Hz以内大气扰动的校正，并且有很好的校正效果。下面我们给出具体的分析结果：采集数据是在下午3 点到4 点，当时的大气相干长度为5.5-7 之间。图5 光斑抖动情况。图中带圆圈线反映的是光斑抖动情况，从图中我们可以看出光斑抖动的范围比较大，并且包含高频成分和低频成分。不带圆圈线反映的是跟踪之后的光斑抖动图像。从图可以看出光斑的抖动范围非常的小，并且以高频成分为主，也含有一定的低频成分。这是因为：一方面由于大气湍流引起一公里光斑抖动是微弧度量的，光斑抖动非常的小，超出PSD的分辨率，另一方面由于机械抖动引起的光斑抖动。

图5 光斑抖动

　　下一步的工作：改进系统的机械性能、提高系统的分辨率并进一步提高系统的带宽。