[发明专利]基于电涡流测量的自适应变形镜子孔径控制设备

说明书

基于电涡流测量的自适应变形镜子孔径控制设备，被控制的超薄镜面与基板分离，永磁体胶结在超薄镜面的背面，该永磁体使用音圈电机驱动，特征是驱动该音圈电机的传感器采用电涡流微位移传感器。其结构是：在永磁体背面胶结一片目标导体；铜线圈固定在所述基板上的圆孔中，该铜线圈的顶面与基板上表面平齐，线圈中孔内安装电涡流传感器的探测线圈，传感器探测线圈和电机驱动线圈都固定安装在基板孔内部的金属支撑结构上。本发明结合电磁力驱动镜面的高带宽快速响应优势和电涡流位移测量的高空间分辨率和高测量带宽的优势，同时测量不受环境影响，能克服目前大口径自适应变形镜面临的最大问题，同时能达到很好的控制效果。

技术领域

本发明涉及一种地面光学望远镜中大口径自适应变形镜子孔径的控制设备。

背景技术

自适应光学作为现代大口径地面光学望远镜的重要技术手段，已经在很多现代望远镜中应用，并在观测中取得了大量科学成果，上世纪末本世纪初，随着天文光学的发展，近地层自适应光学（GLAO）技术越来越得到人们的重视，使用望远镜本身的光学元件作为自适应变形镜来实时校正大气抖动的新型自适应光学系统开始出现，并在一系列大口径望远镜如：Multiple Mirror Telescope(MMT)，Large Binocular Telescope(LBT)，MagellanTelescope，Very Large Telescope(VLT)等上得到了成功应用，并将在正在建设中的下一代的30米级望远镜如：Giant Mirror Telescope(GMT)，Extremely Large Telescope(ELT)上采用，由于这种方案直接使用望远镜自身的光学元件作为波前校正机构，不引入额外的光学元件, 相比传统的自适应光学系统有明显的优势,首先大大减少了反射或者透射面的数量,提高了望远镜的效率；其次这种自适应副镜系统的红外散射很小,这对望远镜在红外波段的的观测十分重要；另外自适应副镜系统没有额外的光学偏振，能明显改善光学系统像质；而且大口径的自适应副镜能提供更大的观测视场，比如LBT的自适应副镜系统，口径911mm，能提供7×7角分的视场，非常适合近地层自适应光学技术。目前大口径的自适应变形镜已经引起了国际天文学家的极大关注，许多世界知名望远镜如美国Keck望远镜，日本Subaru望远镜，以及美国下一代30望远镜TMT，都计划进行升级改造，并引入这种大口径自适应变形镜。

目前国际上已经在应用中的大口径自适应变形镜是从上世纪90年代发展起来的，其工作原理都是使用音圈电机驱动粘结在超薄镜面后的永磁体，同时检测镜面背面与基板之间形成电容的电容变化量，从而得到镜面相对于基板的距离变化量，来为音圈电机提供位置反馈。这种自适应变形镜的子孔径变形控制方法的关键之处是镜面背面与基板之间电容的测量，其电容测量精度和测量带宽直接决定着自适应变形镜的镜面面型控制精度和控制带宽。

由于电容两个极板之间的电容量不仅与极板之间距离有关，还与极板之间的材料密切相关，所以电容传感器的测量精度受极板之间的材料影响很大，而望远镜使用现场的温度湿度变化都会剧烈的影响测量电容量的变化，更为严重的是，望远镜使用过程中，尘埃，生物碎屑以及花粉等一旦飘入镜面与极板之间，就会使附近的电容传感器失效，从而带来整个自适应变形镜故障，进而使整台望远镜不能按计划正常工作。国际上目前应用这种类型自适应变形镜的大型望远镜都曾经发生过由于电容传感器故障而引起的自适应变形镜故障，导致了大量观测时间的损失。

发明内容

正是由于目前国际上大口径自适应变形镜存在的上述问题，本发明针对大口径自适应变形镜，设计一套基于电涡流测量的自适应变形镜子孔径控制设备，使用电涡流微位移测量方式实时测量自适应变形镜的子孔径变形量，并为电机控制系统提供位置反馈从而实现镜面子孔径变形的闭环控制。

完成上述发明任务的技术方案是：一种基于电涡流测量的自适应变形镜子孔径控制设备（基于电涡流微位移测量的大口径自适应变形镜子孔径面型控制设备），被控制的超薄镜面与基板分离，永磁体胶结在超薄镜面的背面，该永磁体使用音圈电机驱动，其特征在于，驱动该音圈电机的传感器采用电涡流微位移传感器。