内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统的制作方法
本实用新型涉及控制电路领域，尤其涉及一种内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统。
背景技术：
随着光电成像技术和光电设备的不断发展，红外成像技术也广泛的被运用到各个领域中。现阶段红外成像设备的成像方式主要有面阵成像和线阵扫描成像。对于采用288×4探测器的红外热像仪是属于线阵扫描型红外热像仪，其成像方式有内扫描和外扫描两种，对于内扫描型的288×4红外热像仪其能清晰成像的核心部件即高速扫描振镜，利用其伺服控制电路控制振镜扫描运动，从而完成清晰成像。
扫描振镜广泛应用于红外热像仪中，用于线阵传红外感器的凝视成像，以及面阵红外传感器的扫描成像。288×4热像仪扫描伺服控制系统作为扫描型热像仪的关键部件，为了形成50Hz的有效模拟视频图像，一帧的周期为20ms，扫描振镜在光路中是往复摆动，它的性能决定了整个热像仪系统的性能优劣。对于扫描型热成像系统的设计，扫描控制系统的线性度、重复性、稳定性对整个热成像系统的性能有很大的影响。对扫描型热像仪系统的研究一直以来大家都主要集中在探测器读出驱动电路的降噪处理、图像处理中盲元检测、非均匀性校正等技术方面的研究，对扫描控制系统和提高扫描效率、扫描线性度等方面的研究重视不足。
在288×4内扫描红外热像仪成像系统中要求扫描振镜具有速度快、精度高、可靠性好、以及体积小等特点，所以需要对高速扫描伺服控制电路进行合理设计，传统的设计电路复杂、功耗高、体积大，无法满足288×4内扫描型红外热像仪的系统化集成要求，同时由于电路出现瞬间脉冲干扰导致偶然出现的扫描反射镜断裂现象，较大的影响了热像仪的可靠性。
技术实现要素：
针对现有技术中内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜控制的问题，本实用新型提供了一种可以解决动态和稳定性控制问题的高速扫描振镜伺服控制系统。
本实用新型的内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统，包括位置外环控制电路和电流内环控制电路；
所述位置外环控制电路包括位置调节器、位置控制器和位置反馈器；位置调节器的输出端与位置控制器的输入端连接，位置调节器的一个输入端接入振镜电路输出信号，位置调节器的另一个输入端连接位置反馈器的输出端，该位置反馈器的输入端与振镜连接。
所述电流内环控制电路包括电流反馈电路、电流检测电路放大电路和功率放大电路，电流反馈电路的一个输入端与位置控制器的输出端连接，电流反馈电路的另一个输入端连接电流反馈电路的输出端，电流反馈电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与振镜连接；电流检测电路放大电路的输入端与振镜连接。
本实用新型所述的一种内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统中，所述位置控制器采用比例控制，其输入电压为可调的偏置电压。
本实用新型所述的一种内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统中，电流反馈电路包括金属薄膜电阻、运算放大电路和变阻器，金属薄膜电阻与振镜连接，检测振镜的电流，运算放大器将振镜的电流信号转换为电压信号，变阻器调节电压信号的放大倍率。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的位置环电路的设计可以在保证系统稳定的条件下实现系统无静差，解决了控制系统的稳态性能问题。电流环反馈电路，补偿电机线圈的电感对电流的滞后作用，保持控制信号对功率放大器输出电流的线性控制，提高了扫描振镜的性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统系统框图；
图2为本实用新型实施例位置环电路；
图3为本实用新型实施例电流检测电路放大电路；
图4为本实用新型实施例电流反馈电路；
图5为本实用新型实施例功率放大电路。
具体实施方式
为了使本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
本实用新型实施例内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统包括位置外环控制电路和电流内环控制电路；
所述位置外环控制电路包括位置调节器、位置控制器和位置反馈器；位置调节器的输出端与位置控制器的输入端连接，位置调节器的一个输入端接入振镜电路输出信号，位置调节器的另一个输入端连接位置反馈器的输出端，该位置反馈器的输入端与振镜连接；
所述电流内环控制电路包括电流反馈电路、电流检测电路放大电路和功率放大电路，电流反馈电路的一个输入端与位置控制器的输出端连接，电流反馈电路的另一个输入端连接电流反馈电路的输出端，电流反馈电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与振镜连接；电流检测电路放大电路的输入端与振镜连接。
本实用新型的一个实施例中，所述位置控制器采用比例控制，其输入电压为可调的偏置电压。
电流反馈电路包括金属薄膜电阻、运算放大电路和变阻器，金属薄膜电阻可选用小阻值大功率的金属薄膜电阻。金属薄膜电阻与振镜连接，用于检测振镜的电流，运算放大器将振镜的电流信号转换为电压信号，变阻器调节电压信号的放大倍率。
参照图1所示，为本实用新型一个实施例的线阵288×4内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统结构图，图中U为振镜电路输入信号。G1为位置控制器，F2为位置反馈传递函数；F1为电流反馈传递函数；K1为电流误差放大系数；K2为功率放大系数。
在该控制系统中设置了两个调节器，分别调节角位置和电机线圈电流。其中位置调节器在位置环前向通路中，电流调节器在电流反馈通路中。从闭环结构上看，电流调节环在里面，为内环控制电路；位置调节环在外边，为外环控制电路，这样就形成了位置、电流双闭环随动系统，控制振镜镜片运动。满足288×4内扫描型红外热像仪对扫描振镜高速性能的需求，使扫描振镜±8°大信号输入阶跃响应时间小于2ms。
参照图2所示，为线阵288×4内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统的外环位置环电路。位置环采用比例控制，保证了振镜系统反馈位置精度和响应频带。PV为可调的偏置电压(通过R1调节)，加上该电压后，振镜将有一个固定位置的偏转，即能够调整动镜运动的起始位置。PS为反馈位置电源，PI为位置传感器所测电压，通过运算放大器组成了加法电路，放大倍率由变阻器R7调节，最大放大倍数如式(1)所示，R5为平衡电阻。
参照图3和图4所示，线阵288×4内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统的内环电流环电路包括电流检测电路放大电路和电流反馈电路。它可大致消除因电机线圈电感存在而造成的电流对电压的滞后，同时调节系统增益，使系统更趋稳定。图3为电流检查电路放大电路，由于线振红外热像仪使用过程中振镜有较大的电流，R8采用小阻值大功率的金属薄膜电阻，可检测的振镜最大电流达到8安，电流信号通过运算放大器转换为电压信号放大倍率由变阻器R12调节，电流信号最大放大倍率如式(2)。图4为电流反馈电路，将所测电流信号反馈到振镜位置环电路上，得到位置控制信号与电流信号的差值UGI，如式(3)所示。
参照图5所示，为线阵288×4内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜伺服控制系统的功率放大电路。该功率放大电路采用大功率集成放大芯片M3886TF，连续输出功率达到68W，具有过压保护以及静噪功能。通过控制VMUTE能够对功率放大芯片的工作或者停止进行控制。M2为电机正端控制电压其大小如下式(4)所示：
为了防止电流过大功率放大电路中采用了额定电流为7A的保险丝F1对电路进行保护。
图5中R18为功率放大电路平衡电阻，V+为功放芯片正端电压+28V，V-为为功放芯片负端电压-28V。
本实用新型解决了288×4内扫描型红外热像仪的高速扫描振镜的动态和稳定性控制问题。位置环电路的设计，可以在保证系统稳定的条件下实现系统无静差，解决了控制系统的稳态性能问题。电流环反馈电路，补偿电机线圈电感对电流的滞后作用，保持控制信号对功率放大器输出电流的线性控制，提高了扫描振镜的性能。可满足288×4内扫描型红外热像仪对扫描振镜高速性能的需求，使扫描振镜±8°大信号输入阶跃响应时间小于2ms。
上文仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。
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