[发明专利]一种用于亚毫米波天线实时面形检测的面板边缘传感器系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种用于亚毫米波天线实时面形检测的面板边缘传感器系统及其使用方法，系统包括光源模块和探测器模块；所述光源模块和探测器模块均包括壳矩形壳体；光源模块的壳体内部竖向设有三个预置的挡光片卡槽以及若干设有中心针孔的挡光环；光源模块的壳体内设有LED光源，且针对光源的发光功率和光源到探测器模块中探测器芯片的距离，选择挡光片的针孔直径、挡光片数量及其放置的卡槽位置完成挡光片放置；所述探测器模块的壳体内部竖向设有若干挡光环和探测器芯片；光源模块中LED光源发出的光束经过挡光片针孔后打在探测器芯片上，探测器芯片实时读出光斑中心位置坐标。本专利提出的边缘传感器具有稳定性强、精度高、抗噪性好等优点，可以用于亚毫米波天线相邻面板实时位移检测。

技术领域

本发明属于天线反射面面形检测技术领域，具体涉及一种用于亚毫米波天线实时面形检测的面板边缘传感器系统及其使用方法。

背景技术

在亚毫米波观测波段，随着天文学发展对观测设备性能要求的不断提升，天线技术前沿也朝着更大口径和更高观测频率发展，天线面形精度控制的问题也逐渐变得突出。目前已经应用在射电望远镜上的主动面技术仍然以开环控制为主，然而随着观测频率的提高和天线口径的增大，开环手段的局限性越发凸显。针对该问题所采取解决方案通常是通过天线总体波前误差的实时检测并将其反馈给面板促动器控制系统，形成闭环控制回路。

面板促动器控制系统的核心在于设计合理的边缘传感器，边缘传感器是一种安装在反射面板边缘处的位移传感器，用于感知相邻面板之间的相对微小位置变化，多组边缘传感器集成网络可以实现天线总体波前误差的实时检测。边缘传感器最早应用于Keck、SALT和HET等光学望远镜上，用于拼接镜面的共相调整。其中，光学望远镜通常采用电容或电感型的边缘传感器，可实现极高(纳米级)的一维感知精度和毫米级的量程，但其主要缺点是相邻镜面之间二面角的变化不敏感、低阶测量误差容易被积累放大的问题。

亚毫米波天线口径较大，需要使用多组边缘传感器集成形成传感器网络，对数据读出速度有很高的要求。为了尽量减少边缘传感器的数量和系统的复杂度，可以使用具有二维感知能力的探测器，这种探测器既可以测量位移，也可以用来测角，并且结合边缘传感器布设位置的优化设计，可以获得对平移和倾斜误差的区分能力，这一点对于抑制边缘传感器低阶噪声的传递和累积、提高主动面形控制的精度和稳定性至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于亚毫米波天线实时面形检测的面板边缘传感器系统及其使用方法，基于光电效应的位置敏感传感器(PSD)具有二维感知能力，硬件成本低，读出简单，有利于组成大规模传感器网络的特点，设计得到面板边缘传感器系统，具有精度高、读出简单、抗噪性好、稳定性强等优点。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于亚毫米波天线实时面形检测的面板边缘传感器系统，包括光源模块和探测器模块；

所述光源模块和探测器模块均包括壳矩形壳体；

光源模块的壳体内部竖向设有三个预置的挡光片卡槽以及若干设有中心针孔的挡光环；

光源模块的壳体内设有LED光源，且针对光源的发光功率和光源到探测器模块中探测器芯片的距离，选择挡光片的针孔直径、挡光片数量及其放置的卡槽位置完成挡光片放置；

所述探测器模块的壳体内部竖向设有若干挡光环和探测器芯片；

光源模块中LED光源发出的光束经过挡光片针孔后打在探测器芯片上，探测器芯片实时读出光斑中心位置坐标。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的光源模块的壳体内针对光源的发光功率和光源到探测器模块中探测器芯片的距离，选择挡光片的针孔直径、挡光片数量及其放置的卡槽位置完成挡光片放置，实现准直光束的发散由衍射效应主导，从而在探测器芯片上获得理想的对称光斑。