[发明专利]一种曝光时间机械控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于空间天文观测技术领域，具体地说，本发明涉及一种成像观测仪器的曝光时间控制装置及其控制方法。

背景技术

曝光时间控制装置是天文观测用成像仪器中一个关键部件。对于某些成像仪器，如太阳X射线波段的成像仪器，需要曝光时间控制装置实现大于10⁴量级的动态范围，以便获得不同条件下的太阳清晰图像。空间应用的曝光时间控制装置需要满足抗辐照、高均匀性、长寿命、高可靠性等空间运行要求，所以一般的常用曝光时间控制装置无法满足使用要求。无刷直流电机具有转速均匀、转向快、寿命长、定位能力较好等诸多优点，用其实现曝光时间控制在国际上获得比较广泛的应用，例如SXT/YOHKOH、XRT/SOLAR-B、EIT/SOHO等太阳短波成像仪器，这些仪器中的扇形盘开有2-3个不同角度的扇形孔，短曝光时间通过转动小的扇形孔通过光路，长曝光时间通过控制大扇形孔采用驻留的方式实现。长期以来，在实现短曝光时间时，控制电机采用固定的额定转速，通过来回转过光路次数决定曝光时间。对于扇形盘的快门，来回转动是指曝光孔反复以相同的速度顺时针和逆时针转动通过曝光区。这种控制方式的缺点是效率低，占空比大，而且给系统引入无效曝光时间，因此存在诸多弊端。并且，这种曝光时间控制装置实现的低端曝光时间(即最短曝光时间)在10ms以上，例如TRACE的低端曝光时间为44ms。而SXT/YOHKOH采用了在光路上引入不同透过率的栅网的方式，使得低端曝光时间达到10ms以下。但与控制电机的方式相比，采用栅网的方式可实现的低端曝光时间点相对较少，控制实现上不同低端曝光时间需要引入不同透过率的栅网，也不如电机的速度控制相对方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现宽动态范围且高效率高精度的曝光时间机械控制装置及其控制方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的曝光时间机械控制装置，包括快门、控制所述快门转动的电机和控制所述电机转速的控制电路，所述控制电路用于根据当前所需的曝光时间和所述快门当前位置，计算出所述电机的转速并控制所述电机以该转速工作完成曝光。

上述技术方案中，所述快门以一次单向扫描的方式或驻留方式完成曝光。

上述技术方案中，所述快门是具有扇形孔的盘状快门。

上述技术方案中，所述电机是直流无刷电机。

上述技术方案中，所述控制电路包括：计算单元，信号采集模块和故障保护模块；所述信号采集模块与所述电机连接，用于采集所述盘状快门的转速和位置；所述计算单元与所述信号采集模块连接，用于根据所需的曝光时间和盘状快门的当前位置，计算出所述直流无刷电机的转速。

上述技术方案中，所述控制电路还包括：输入/输出模块和通信模块。

上述技术方案中，所述盘状快门至少具有两个扇形孔，包括小扇形孔和大扇形孔；所述小扇形孔为2-5度、所述大扇形孔为20-30度。

上述技术方案中，所述快门为铝制快门。

为实现上述发明目的，本发明提供的曝光时间机械控制方法包括如下步骤：

1)控制电路根据所需的曝光时间和快门曝光区的角度，计算直流无刷电机所需的转速；

2)直流无刷电机以步骤1)中计算出的转速带动快门单向旋转完成曝光。

上述技术方案中，所述曝光时间机械控制装置的所述盘状快门至少具有两个扇形孔，包括小扇形孔和大扇形孔；所述小扇形孔为2-5度、所述大扇形孔为20-30度；

在执行所述步骤1)前，首先根据曝光时间选择扇形孔，当曝光时间超过所设定的阈值时，使用大扇形孔进行曝光；当曝光时间未超过所设定的阈值时，使用小扇形孔进行曝光。

上述技术方案中，当曝光时间在1-20ms内时，使用小扇形孔采用一次单向扫描的方式完成曝光；当曝光时间在20-470ms内时，使用大扇形孔采用一次单向扫描的方式完成曝光。

上述技术方案中，当曝光时间超过470ms时，使用在大扇形孔驻留的方式进行曝光；所述步骤1)还包括：控制电路根据所需的曝光时间和扇形孔角度，计算直流无刷电机所需的驻留时间。

本发明具有的有益技术效果包括：

本发明采用了速度调制和大孔驻留的方式实现曝光时间，一定曝光时间以下采用不同的铝盘旋转速度实现不同曝光时间，一定曝光时间以外则采用大孔驻留不同时间的方式实现不同曝光时间。

本装置可以实现27个曝光时间，最小精确曝光时间可达2ms，最大可向上无限延伸，动态范围大，一致性、均匀性和可靠性好，精度高，航天和地面系统均可应用。

附图说明