一种摆镜平台寿命试验系统的制作方法
【专利摘要】一种摆镜平台寿命试验系统，包括信号发生器、摆镜驱动放大器、电容式位移测量仪和控制计算机，信号发生器在控制计算机的控制下产生并输出与摆镜平台实际工作环境一致的周期性的摆镜驱动信号并送至摆镜驱动放大器，摆镜驱动放大器对传来的摆镜驱动信号进行放大后输入摆镜平台，驱动摆镜平台摆动；电容式位移测量仪周期性的测量摆镜平台的位移并送至控制计算机，控制计算机根据信号发生器产生的摆镜驱动信号和电容式位移测量仪获取的位移信号，判断摆镜平台是否工作正常，并根据摆镜平台是否工作正常确定摆镜平台的寿命。本发明系统无需在摆镜平台上附加其它装置，可非接触测量摆镜平台的位移，从而方便的获得摆镜平台的寿命估计。
【专利说明】一种摆镜平台寿命试验系统
【技术领域】
[0001]本发明属于可靠性试验【技术领域】，涉及一种用于测量摆镜平台寿命的测试系统。【背景技术】
[0002]摆镜平台是一个可动部件，如图1所示，它由两对压电促动器(PZT)、平台台面、夕卜壳、柔性机构和输入信号电缆线组成。压电促动器按桥式电路方式供电，如图2所示，其中X1、X2为一对压电促动器，Y1、Y2为另一对压电促动器，信号线有4根，分别是常电压信号线，压电促动器X1、X2信号线，压电促动器Yl、Y2信号线和地线，信号线的终端带有连接器与摆镜驱动放大器连接，通过摆镜驱动放大器在压电促动器两端分别施加一个常电压信号和变电压信号，每对压电促动器便以推/拉的方式驱动摆镜平台台面产生倾斜运动。在摆镜平台的应用中，特别是在空间望远镜和空间相机的应用中，必须给出摆镜平台的估计寿命。
[0003]目前还没有专门用于进行摆镜平台寿命试验的系统，现有与摆镜平台寿命估计相关的试验系统主要有两种，一种是针对摆镜平台中的组件一压电促动器的寿命试验系统。例如 IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control的文章 “Piezoelectric Multilayer Actuator Life Test，，，IEEE Trans.Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control, Vol.58, N0.4, April2011, Sherrit, S., Xiaoqi, B., Jones,C.M., Aldrich, J.B., Blodget, C.J., Moore, J.D., Carson, J.ff., and Goullioud, R.介绍了美国加州理工学喷气推进实验室(JPL)建立的压电促动器寿命试验系统，主要由压电促动器驱动装置、电压电流测量装置、位移测量装置、温度湿度监控装置和被测的压电促动器组成，该系统依靠测量压电促动器的冲程来判断其是否失效。这种直接测量促动器位移的方法要求促动器必须带有位移传感器，对于不带有位移传感器并已集成到摆镜平台中的促动器，无法采用该方法直接进行位移测量。另外一种是摆镜平台作为某个更大更集成系统中的一个部件的寿命试验系统，例如2011年地球科学技术论坛(ESTF2011)中的文章 “Panchromatic Fourier Transform Spectrometer (PanFTS) for GeostationaryMeasurements of Atmospheric Composition”，Sander, S., Bekker, D., Blavier, J.F.,Heverly, M.，Key, R.，Manatt, K.，Rider, D.，Wu, A.，Wu, Y-H., and Zhong, F.介绍了光程差机构(OPDM)寿命试验系统，OPDM中包含了一个摆镜平台，摆镜平台上安装了一个平面镜，利用一个光学四象限系统(an optical quadcell system)测量摆镜平台的偏移量,但是无法获取摆镜平台的寿命估计。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种摆镜平台寿命试验系统，该系统无需在摆镜平台上附加其它装置，可非接触测量摆镜平台的位移，从而方便的获得摆镜平台的寿命估计。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种摆镜平台寿命试验系统，包括信号发生器、摆镜驱动放大器、电容式位移测量仪和控制计算机，信号发生器在控制计算机的控制下产生并输出与摆镜平台实际工作环境一致的周期性的摆镜驱动信号并送至摆镜驱动放大器，摆镜驱动放大器对传来的摆镜驱动信号进行放大后输入摆镜平台，驱动摆镜平台摆动；电容式位移测量仪周期性的测量摆镜平台的位移并送至控制计算机，控制计算机根据信号发生器产生的摆镜驱动信号和电容式位移测量仪获取的位移信号，判断摆镜平台是否工作正常，并根据摆镜平台是否工作正常确定摆镜平台的寿命；控制计算机每次采集时间长度为T的位移数据，T为摆镜驱动信号的周期，每采集一个完整周期为T的位移数据后，控制计算机即用最新采集的周期为T的位移数据和第一次采集的周期为T的位移数据进行互相关函数计算，互相关函数计算的点数为N，N=T/AT, AT为电容式位移测量仪的采样间隔；控制计算机将互相关函数最大值的点所对应的位移差值作为偏移量，并用此偏移量对当前采集的周期为T的位移数据进行逐点循环移位，控制计算机将移位完成后的最新采集的周期为T的位移数据与第一次采集的周期为T的位移数据进行点对点的减法运算，然后求取N个减法结果的平均值，当所述平均值小于等于电容式位移测量仪的测量误差时，控制计算机判定摆镜平台工作正常，当所述平均值大于电容式位移测量仪的测量误差时，控制计算机判定摆镜平台工作异常，此时，控制计算机将已经完成的对摆镜平台工作是否正常的判定次数乘以控制计算机的数据采样周期后作为摆镜平台的寿命输出。
[0006]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0007](I)本发明首次提出单独的摆镜平台寿命试验系统，既不同于现有的用于摆镜平台组件寿命试验的系统，也不同于现有的摆镜平台仅作为系统中一个组件的寿命试验系统，因此可以对摆镜平台本身的寿命进行准确的估计；
[0008](2)本发明系统采用电容式位移测量仪测量摆镜平台镜面位移，对摆镜平台试样无特殊要求，可在整个寿命试验期间自动进行测量。现有技术采用的是用电容传感器或电磁感应传感器直接测量压电促动器的位移，摆镜平台中的促动器必须安装这类位移传感器才能测量位移，对于无位移传感器的摆镜平台，无法测量位移；而采用光学方法测量摆镜平台的位移，必须在摆镜平台上安装一个平面镜，本发明采用电容式位移测量仪进行测量，不需要光信号，无需安装其它装置，可直接对摆镜平台进行位移测量，并且可以测量任何摆镜平台；
[0009](3)本发明系统中所需测量的物理量少，失效判断算法简单，仅用测量的位移数据进行计算就可判别摆镜平台是否失效，从而获取摆镜平台的寿命。现有技术是通过测量促动器的电特性(如电容或绝缘电阻)或测量促动器的位移来进行失效判断的。这要求在促动器中安装相应的测量电极或位移传感器，如果摆镜平台中的促动器没有测量电极或位移传感器，就无法测量促动器的电特性或位移，也就无法进行失效判断。本发明系统仅对摆镜平台的台面位移进行测量，就可进行失效判断，测量方法简单易行，并且可以对摆镜平台的寿命进行准确的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为摆镜平台组成结构示意图；
[0011]图2为摆镜平台中两对压电促动器的桥式供电原理图；
[0012]图3为本发明摆镜平台寿命试验系统原理框图。【具体实施方式】
[0013]如图3所示，本发明的摆镜平台寿命试验系统，由信号发生器、摆镜驱动放大器、电容式位移测量仪、温度湿度传感器、控制计算机组成。
[0014]控制计算机将按寿命试验要求设计摆镜驱动信号，具体设计方法为:设S Cf)为已知的摆镜平台所受扰动信号的功率谱密度，用白噪声信号Iitl作为输入信号，通过一个FIR
滤波器，FIR幅频响应为j，相频响应为多(/) = -f，FIR输出信号即为摆
镜驱动信号。利用MATLAB工具完成上述运算，生成摆镜驱动信号文件，再将摆镜驱动信号以文件的方式存储到信号发生器中，信号发生器采用LeCroy公司的ArbStudiol 102任意波形发生器，启动信号发生器周期输出摆镜驱动信号，信号发生器输出的摆镜驱动信号经摆镜驱动放大器放大后，输入到摆镜平台中，驱动摆镜平台摆动，摆镜驱动信号放大器采用XMT公司的XE500-C控制器。控制计算机以Temd时间间隔发送命令给电容式位移测量仪、温度湿度采集器、摆镜驱动信号放大器，这三个装置收到控制计算机的命令后，开始采集一个周期的摆镜平台位移信号、温度、湿度信号和一个周期的摆镜驱动放大器的输出电压信号。控制计算机将接收的数据以三个数据文件的形式存储在磁盘中。
[0015]控制计算机完成数据存储后，读取第一次测量的位移数据文件中的数据S1(Ii)和当前测量的位移测量数据文件中的数据Sk(n)，k可以是2，3，...，n=0,1，...，N-1, N=T/AT，AT为位移测量信号采样间隔，T为摆镜驱动信号周期，计算这两组数据的互相关函数Aa(W)如下:
I N—1
[0016]、二-7工S八")S!、A、n-\-m)，m = 0，1，…，iV-1
1N n=Q`
[0017]在此基础上计算互相关函数的峰值位置m。如下，
r I R (m ) 二 max 丨尺v, (//;)}
[0018]1 Y、v n
me(0 丄…JST—l)
[0019]然后计算
_ j A, I
[0020]d= — Y (:‘V; (Ji) - Sk (/? + mv:))
n=Q
[0021]若]控制计算机判定摆镜平台失效，Cltl为电容式位移测量仪的测量精
度。电容式位移测量仪采用MICRO-EPSILON公司的capaNCDT6500位移传感器，控制计算机采用DELL公司的0PTIPLEX360计算机，温度湿度采集器采用Phidgets公司的1018 - hidgetlnterfaceKit 和 1125-Humidity/Temperature Sensor。
[0022]在试验时，根据第k次采集的数据Sk (n)，n=0,1,..., N_l，判断摆镜平台失效，那么摆镜平台的寿命Tlife=kXTemd，k可以为是2，3，...。
[0023]本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种摆镜平台寿命试验系统，其特征在于包括:信号发生器、摆镜驱动放大器、电容式位移测量仪和控制计算机，信号发生器在控制计算机的控制下产生并输出与摆镜平台实际工作环境一致的周期性的摆镜驱动信号并送至摆镜驱动放大器，摆镜驱动放大器对传来的摆镜驱动信号进行放大后输入摆镜平台，驱动摆镜平台摆动；电容式位移测量仪周期性的测量摆镜平台的位移并送至控制计算机，控制计算机根据信号发生器产生的摆镜驱动信号和电容式位移测量仪获取的位移信号，判断摆镜平台是否工作正常，并根据摆镜平台是否工作正常确定摆镜平台的寿命；控制计算机每次采集时间长度为T的位移数据，T为摆镜驱动信号的周期，每采集一个完整周期为T的位移数据后，控制计算机即用最新采集的周期为T的位移数据和第一次采集的周期为T的位移数据进行互相关函数计算，互相关函数计算的点数为N，N=T/AT，AT为电容式位移测量仪的采样间隔；控制计算机将互相关函数最大值的点所对应的位移差值作为偏移量，并用此偏移量对当前采集的周期为T的位移数据进行逐点循环移位，控制计算机将移位完成后的最新采集的周期为T的位移数据与第一次采集的周期为T的位移数据进行点对点的减法运算，然后求取N个减法结果的平均值，当所述平均值小于等于电容式位移测量仪的测量误差时，控制计算机判定摆镜平台工作正常，当所述平均值大于电容式位移测量仪的测量误差时，控制计算机判定摆镜平台工作异常，此时，控制计算机将已经完成的对摆镜平台工作是否正常的判定次数乘以控制计算机的数据采样周期后作为摆镜平台的寿命输出。
【文档编号】G01M13/00GK103454076SQ201310287525
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】王景宇, 姜爱民, 戴妍峰 申请人:中国科学院国家天文台