Gain-компенсация Методика синусоидального сканирования гальванометра Зеркало в пропорционально-интегрально-дифференциального контроля с использованием предыскажений методов

Общая цель данной процедуры — продемонстрировать метод компенсации снижения коэффициента усиления зеркал гальванометра при отслеживании траектории синусоидального сигнала с использованием пропорционально-интегрально-дифференцирующего управления для компенсации размытия при движении. Этот метод может быть применен в области оптической инженерии для решения таких задач, как сопровождение целей, управление сканированием и компенсация размытия при движении.

Основным преимуществом данного метода является то, что он опирается на предварительно настроенные параметры и отношение входного сигнала к выходному, и не требует использования дополнительных моделей активного контура и оборудования. Проведите эксперимент на оптической скамье. Подготовьте зеркало гальванометра для установки на скамью.

Зеркало должно быть установлено в специально изготовленное приспособление, чтобы предотвратить смещение зеркала и его корпуса во время колебаний. Поместите приспособление с зеркалом в оптическую оправу. Затем закрепите оправу на оптическом столе, чтобы продолжить работу.

Управляйте зеркалом с помощью компьютера, оснащенного платой АЦП/ЦАП. Проложите правильно подключенные кабели от платы к зеркалу. Подсоедините кабели к гнездам ввода и позиционирования гальванометрического зеркала.

На компьютере используйте графический интерфейс генератора синусоидальных сигналов. Настройте интерфейс для проведения нескольких испытаний при варьировании частоты (Frequency) и амплитуды (Amplitude). Для данного эксперимента используйте внешний цикл по диапазону частот.

Установите минимальную частоту на 100 Hertz. Установите максимальную частоту на 500 Hertz. Увеличивайте частоту с шагом 100 Hertz.

Внутренний цикл осуществляется по амплитуде напряжения. Используйте минимальное напряжение 10 millivolts. В качестве максимального напряжения используйте 500 millivolts.

Увеличьте напряжение на 10 millivolts. Установите длительность сигнала синусоидальной траектории равной 2000 samplings. Управляйте зеркалом с помощью компьютера, одновременно записывая сигнал его положения и определяя его угол.

Используйте отдельный файл для сохранения данных для каждой частоты и каждой амплитуды напряжения. После сбора всех данных постройте график зависимости амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала для каждой из частот. Обратите внимание, что для низких частот амплитуда выходного сигнала в зависимости от амплитуды входного сигнала выше, чем для высоких частот.

Здесь показано снижение усиления в зависимости от частоты, которое компенсируется данным методом. Исключите область нелинейного поведения и сфокусируйтесь на приблизительно линейном участке графиков для получения коэффициентов преакцентуации. Для проведения этого эксперимента в поле зрения зеркала должен находиться движущийся объект.

Для достижения этой цели используйте конвейерную ленту, способную перемещаться со скоростью 30 километров в час. Изображение для данного эксперимента, представляющее собой паттерн с мелкой текстурой, было напечатано на ленте и нанесено на конвейер. Теперь перейдите к установке оптических элементов.

Установите камеру с телеобъективом таким образом, чтобы она могла использовать зеркало гальванометра для отслеживания движения конвейерной ленты. Убедитесь, что зеркало гальванометра подключено к управляющему компьютеру с установленным программным обеспечением для предварительного усиления. Для получения качественных изображений осветите конвейерную ленту подходящим источником света.

За рабочим столом установите подходящий фокус объектива для отображения на экране компьютера. Затем синхронизируйте зеркало и время экспозиции камеры. После этого введите настройки камеры для получения ожидаемых изображений.

На данном изображении показаны временные интервалы, используемые программным обеспечением триггера. Угол наклона зеркала в зависимости от времени представлен синей синусоидальной кривой. Функция в виде красного треугольника представляет собой идеальный угол наклона зеркала для сканирования в зависимости от времени.

Центрируйте время экспозиции в момент, когда угол равен нулю градусов и изменяется с положительной угловой скоростью. В этой точке две кривые пересекаются. Настройте программное обеспечение так, чтобы запуск камеры происходил за половину времени экспозиции до этого момента, а завершение — через половину времени экспозиции после него.

С помощью программного обеспечения для преакцентирования введите скорость конвейерной ленты в километрах в час. Затем введите расстояние от камеры до ленты в метрах. Программа рассчитает необходимую угловую скорость.

Затем введите частоту, с которой приводится в движение зеркало. Программное обеспечение рассчитает входную амплитуду. Используйте полученное значение амплитуды в программе предварительного усиления (pre-emphasis).

После ввода всех параметров вернитесь к конвейерной ленте. Запустите движение ленты со скоростью, указанной в программном обеспечении, для создания динамического изображения. Запустите управляющее ПО и начните запись изображений с камеры.

Контроллер компенсирует инерцию зеркала гальванометра для уменьшения размытия изображения. До применения метода предварительного усиления график выходного сигнала в зависимости от входного сигнала выглядел так. После применения данного метода график выглядит следующим образом.

Почти все выходные графики лежат на прямой y = x. Аналогично, до применения метода преакцентирования так выглядел график усиления в зависимости от входного сигнала. После применения этого метода почти все графики амплитуды лежат на линии y = 0 dB.

На данном изображении показан объект, помещенный на конвейерную ленту, когда лента находится в состоянии покоя. Синяя линия указывает место, где был снят профиль, представленный справа. Далее приведено то же изображение, когда конвейерная лента движется со скоростью 30 kilometers per hour и компенсация размытия в движении не активна.

Здесь применена компенсация размытия при движении, но предварительный акцент не активен. В этой окончательной версии активны и компенсация размытия при движении, и метод предварительного акцента. Это представляет собой значительное улучшение по сравнению с двумя другими вариантами.

При должном навыке и правильном выполнении эта методика занимает один час. После своей разработки данный метод открыл исследователям в области оптической инженерии путь к изучению компенсации размытия при движении в высокоскоростном сканировании.