天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統的製作方法
2023-04-28 06:11:06
專利名稱：天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種望遠鏡主鏡的支撐系統，具體涉及一套天文望遠鏡主鏡氣動式主動支撐系統。主要應用於天文望遠鏡主動光學鏡面支撐技術中。對薄鏡面或輕量化鏡面進行軸向支撐及對鏡面面型的主動光學校正或位置調整。
背景技術：
主動光學技術主要是對望遠鏡鏡面在製造、安裝、重力場、以及溫度梯度等引起的鏡面面形誤差進行校正。近二十年來，主動光學技術已經廣泛應用於地面望遠鏡。主動光學支撐系統是目前大口徑望遠鏡設計的關鍵技術之一。而作為主動光學鏡面支撐系統設計的最重要部件一力促動器，一直以來都是主動光學技術研究的重點之一。目前，我國對於天文望遠鏡主動光學研究採用的力促動器主要兩種形式電動機械式、壓電式。電動機械式力促動器主要由步進電機與滾珠絲杆的組合實現線性位移，通過壓縮彈簧或密封的波紋管結構實現力的精確輸出，其機械結構較複雜，受機械慣性和驅動電機的影響，工作頻率一般 很難達到IHz以上，在低溫環境(如南極)使用時，對其傳動系統機械部件潤滑提出更高的要求，其可靠性將嚴重下降。壓電式的力促動器主要是利用在某些電介質的逆壓電效應，即在電介質極化方向上施加電場，這些電介質會發生變形，電場去掉後，電介質的變形隨之消失，或稱為電致伸縮現象，雖具有精度高、頻率高的優點，但是難以克服高發熱和低行程的缺點，對於能耗受到限制的南極等環境，其應用也受到嚴重的制約。
發明內容
對於現有技術望遠鏡主鏡的主動支撐系統，為了避免因採用電動機械式力促動器而出現的複雜機械結構，同時提高促動器輸出力的響應頻率，克服壓電式主動支撐的高能耗、高成本及低行程等缺點。本發明提出一種望遠鏡主鏡氣動式支撐方案，其採用的氣動式力促動器，可以實現響應快，行程大，控制精度高等特點，同時還具有能耗低、耐低溫等特性。此形式的望遠鏡主鏡主動支撐的氣動式支撐方案更能實現在南極等極端環境下使用。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，關鍵是利用一種氣動式力促動器，該氣動式力促動器的力輸出端，通過力傳感器與鏡面聯接，其特徵在於，所述力促動器的力輸出端為設在氣缸中的活塞及活塞杆；所述的力傳感器的輸出信號接控制系統，該控制系統通過電-空比例閥，控制所述設在氣缸中的活塞兩端的氣體壓力，從而實現力的精確輸出。所述氣動式力促動器的利用氣動的原理，由控制系統通過電-空比例閥，控制所述設在氣缸中的活塞兩端的氣體壓力，實現力的精確輸出，實現對鏡面面型的支撐及主動校正。以上技術方案中，所述氣動式力促動器的結構是空氣壓縮機經電-空比例閥分別對所述氣動式力促動器氣缸的兩端供氣，所述力傳感器的輸出接調整控制系統，該調整控制系統接所述電-空比例閥的線圈。本發明的主鏡氣動支撐方案有以下優化方案1、所述力促動器的氣缸採用超低摩擦氣缸；
2、在所述的力促動器的力輸出端與力傳感器之間，設有過載保護結構；
3、所述力促動器採用電-空比例閥，其具體結構是電-空比例閥的一端，設有磁性體，該磁性體外部設有線圈，該線圈中的電流由控制系統控制；所述的磁性體與閥體內閥芯連接；該閥芯上的三個閥門活塞分別對應進氣口與出氣口，並對應所述力促動器氣缸中活塞兩端的氣道。換言之，本發明解決其技術問題所採用的技術方案是採用氣動式力促動器實現望遠鏡鏡面的主動支撐，該型氣動式力促動器主要由超低摩擦氣缸、力傳感器、信號放大器、電-空比例閥、控制系統及空氣壓縮機等組成。該系統的結構極其簡單，幾乎沒有機械傳動等單元，無需潤滑。可以防止低溫條件對促動器性能的影響。利用氣缸兩腔體內的壓縮空氣對氣缸活塞兩側壓力的差值，克服極低的摩擦力後，從而實現力促動器對鏡面作用力，通過控制氣缸活塞兩側壓力大小，實現促動器對鏡面的拉力或推力。利用氣體的可壓縮性，實現電動機械式力促動器中彈簧的功能，由於電-空比例閥的控制的高敏感性，並可以 進行對氣缸活塞兩側的壓縮空氣的壓力進行精確的控制，因此能夠確保力促動器輸出力的高響應及高精度，採用超低摩擦的膜片式氣缸，可以減小摩擦對控制精度及能耗的影響。對電-空比例閥的控制僅需要幾伏的低電壓，因此，在很大程度上降低了能耗。在需保證活塞兩側的空氣壓力差不變的情況下，可以實現力促動器軸向較大的行程。對環境的要求極低，僅需要經過過濾和乾燥的空氣即可，因此實現在南極的低溫乾燥條件下使用。本發明有益效果是採用氣動式支撐的方法實現望遠鏡主鏡主動光學支撐，其力促動器的結構比較簡單，輸出力的控制精度高，響應速度快，能耗低，質量小，力促動器的行程大，力的調節範圍廣，且其對環境的要求較低，並能在南極等低溫極端環境下使用。
圖I為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式實施例1，天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，參照圖I :氣動式力促動器的力輸出端2，通過力傳感器3與鏡面4聯接，當空氣壓縮機經電-空比例閥7對氣缸I供氣，調整控制系統8，使得力傳感器3的輸出信號經信號放大器5反饋至控制系統8的作用力為零時，此時控制系統8對電-空比例閥7線圈的輸入電壓為平衡電壓，其值介於O IOV之間(電-空比例閥的要求輸入電壓信號值)。當需要力促動器對鏡面施加推力時，增加控制系統對電-空比例閥7的輸入電壓，此時，電-空比例閥7的線圈中電流增大，磁性增強，對磁性材料的引力加大，電-空比例閥7的閥芯向右移動，其腔體V4中的部分高壓氣體經右側溢流口流出，使得氣缸I腔體V2的空氣壓力降低，而電-空比例閥7左側腔體V3處的溢流口關閉，進入氣缸I腔體V1的壓縮空氣量增加，腔體V1內的空氣壓力增大，使氣缸I活塞Vl端的壓力大於活塞V2端，致使氣缸I產生對鏡面的推力。反之，當需要力促動器對鏡面施加拉力時，減小控制系統對電-空比例閥 的輸入電壓，此時，電-空比例閥7的線圈中電流減小，磁性減弱，對磁性材料6的引力變小，電-空比例閥7的閥芯向左移動，其腔體V3中的部分高壓氣體經左側溢流口流出，使得氣缸I腔體V1的空氣壓力降低，而電-空比例閥7左側腔體V4處的溢流口關閉，進入氣缸I腔體V2的壓縮空氣量增加，腔體V2內的空氣 壓力增大，使氣缸I活塞V2端的壓力大於活塞V1端,致使氣缸I產生對鏡面的拉力。此過程中，需要根據壓力傳感器3經信號放大器5反饋回的壓力值，逐步調整電-空比例閥7的輸入電壓值，是一個閉環控制的過程，直至促動器對鏡面的力等於要求的數值。
權利要求
1.一種天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，力促動器的力輸出端，通過力傳感器與鏡面聯接，其特徵在於，所述力促動器採用氣動式力促動器，利用氣動的原理，由控制系統通過電-空比例閥，控制所述設在氣缸中的活塞兩端的氣體壓力，實現力的精確輸出，實現對鏡面面型的支撐及主動校正。
2.根據權利要求I所述的天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，其特徵在於，所述氣動式力促動器的結構是空氣壓縮機經電-空比例閥分別對所述氣動式力促動器氣缸的兩端供氣，所述力傳感器的輸出接調整控制系統，該調整控制系統接所述電-空比例閥的線圈。
3.根據權利要求I所述的天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，其特徵在於，.根據權利要求I所述的望遠鏡主鏡的氣動式支撐方法，其特徵在於，在所述的力促動器的力輸出端與力傳感器之間，設有過載保護結構。
4.根據權利要求I所述的天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，其特徵在於，所述力促動器的氣缸米用超低摩擦氣缸。
5.根據權利要求1-4之一所述的天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，其特徵在於，所述電-空比例閥的具體結構是電-空比例閥的一端，設有磁性體，該磁性體外部設有線圈，該線圈中的電流由控制系統控制；所述的磁性體與閥體內閥芯連接；該閥芯上的三個閥門活塞分別.6.根據權利要求5所述的天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，其特徵在於，所述電-空比例閥的輸入電壓信號值，介於O IOV之間。
全文摘要
天文望遠鏡主鏡的氣動式支撐系統，關鍵部件為氣動式力促動器系統，該力促動器的力輸出端，通過力傳感器與鏡面聯接，特徵是所述力促動器採用氣動的原理實現力的精確輸出。根據力傳感器的反饋回控制系統的力的信號，由控制系統通過電-空比例閥，控制所述設在氣缸中的活塞兩端的氣體壓力。本發明採用超低摩擦氣缸、高精密電-空比例閥及力傳感器閉環組成，能夠精密控制促動器輸出力的大小，其響應頻率可以達到1HZ以上，同時可以設定所需的力傳感器的行程範圍，並能通過設定空氣的壓力範圍，能夠實現較大的力的量程，更能實現在南極等極端惡劣環境下使用，對環境要求較低。
文檔編號F15B21/08GK102809801SQ201210284328
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者牛冬生, 王國民, 李國平, 葉宇, 餘正洋, 寇松峰, 顧伯忠 申請人:中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所