Summary
Vi foreslår en metode for å forlenge den tilsvarende frekvens ved hjelp av en pre-vekt teknikk. Denne metoden kompenserer for forsterkningen reduksjon av et galvanospeil i sinusbølgebane sporing ved hjelp av proporsjonal-integral-differensial kontroll.
Abstract
Galvanometer speil anvendes for optiske anvendelser, slik som målfølging, tegning, og scanning kontroll på grunn av sin høye hastighet og nøyaktighet. Imidlertid er responsen til et galvanospeil begrenset av sin treghet; følgelig vil forsterkningen av et galvanospeil redusert når styrestrekningen er bratt. I denne forskning, foreslår en metode for å forlenge den tilsvarende frekvens med en forhånds vekt teknikk for å kompensere for forsterkningen reduksjon av galvanospeil i sinusbølgebane sporing ved hjelp av proporsjonal-integral-differensial (PID) styring. Den pre-vekt teknikk oppnår en inngangsverdi for en ønsket utgangsverdi på forhånd. Bruk av denne metode for å kontrollere galvanometeret speilet, den rå forsterkningen av et galvanometer speil på hver frekvens og amplitude for sinusbølgebane sporing ved hjelp av en PID-kontroller ble beregnet. Hvor PID-regulering ikke er effektiv, å opprettholde en forsterkning på 0 dB for å forbedre banen sporingsnøyaktighet, det er mulig åutvide hastighetsområde hvor en forsterkning på 0 dB bli tilveiebrakt uten innstiller PID kontrollparametrene. Men hvis det er bare en frekvens, er forsterkning mulig med en enkelt forkorreksjonskrets koeffisient. Derfor, er en sinusbølge er egnet for denne teknikk, i motsetning til trekantede og sagt bølger. Derfor kan vi ta i bruk en forkorreksjon teknikk for å konfigurere parametrene på forhånd, og vi behøver ikke å fremstille ytterligere aktive kontroll modeller og maskinvare. Parametrene blir oppdatert umiddelbart innenfor den neste syklus på grunn av den åpne sløyfe etter pre-emphasis koeffisienter er angitt. Med andre ord, å betrakte kontrolleren som en svart boks, trenger vi å vite bare input til output forhold, og detaljert modellering er ikke nødvendig. Dette enkelhet gjør at systemet vårt for å være lett integreres i applikasjoner. Vår metode ved anvendelse av pre-vekt teknikk for en bevegelseskompensasjonssystem uskarphet og forsøket utført for å evaluere fremgangsmåten er forklart.
Introduction
Forskjellige optiske aktuatorer og styremetoder som egner seg for forskjellige optiske anvendelser er blitt foreslått og utviklet 1, 2. Disse optiske aktuatorer er i stand til å kontrollere den optiske bane; galvano speil spesielt tilbyr en god balanse når det gjelder presisjon, hurtighet, bevegelighet, og koster 3, 4, 5. Faktisk har den fordel som tilbys av den hastigheten og nøyaktigheten av galvanospeil ført til oppdagelsen av en rekke optiske anvendelser, slik som målfølging og tegning, skanning kontroll, og bevegelses-uskarphet kompensasjon 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Men i vår forrige motion-blur compensatipå systemet, et galvanospeil ved hjelp av en proporsjonal-integral-differensial (PID-regulator) ga en liten gevinst; dermed var det vanskelig å oppnå en høyere frekvens og en raskere hastighet 11.
På den annen side, er PID-kontroll en mye brukt metode, som det tilfredsstiller en viss grad av relativ nøyaktighet 13. En rekke metoder har vært foreslått for å korrigere forsterkningen i PID-regulering. Som en typisk løsning er PID kontrollparameter tuning utført manuelt. Men det tar tid og spesielle ferdigheter for å vedlikeholde. En mer avansert metode, en automatisk avstemningsfunksjonen for automatisk å bestemme parametrene, har vært foreslått og er mye brukt 14. Sporingsnøyaktighet for høyhastighetsoperasjoner er forbedret ved hjelp av den automatiske justerende funksjonen når proporsjonale forsterkningsverdien P øker. Dette øker imidlertid også konvergenstiden og støy i det lave hastighetsområdet. Derfor, er sporingsnøyaktighet ingent nødvendigvis forbedres. Selv om en selvjusterende styreenhet kan være innstilt for å angi egnede parametre for PID-kontroll, innfører avstemnings en forsinkelse på grunn av behovet for å oppnå egnede parametre; derfor er det vanskelig å ta i bruk denne metoden i sanntidsapplikasjoner 15. En utvidet PID-regulator 16, 17 og en utvidet logisk styreenhet 18 er blitt foreslått for å forlenge den generelle PID-kontroll og for å forbedre ytelsen for sporing av galvanospeil for en rekke sporveier, slik som trekantbølger, sagt bølger, og sinusbølger. Imidlertid, i disse systemer, ble galvanometeret system betraktes som en svart boks, mens en modell av styresystemet var nødvendig, og styresystemet er ikke ansett som en svart boks. Derfor er disse metoder krever at deres modell for hvert galvanometerspeil bli oppdatert. Dessuten, selv om Mnerie et al. validert deres metode for ffokuseringsringen på en detaljert utgang bølge og fase, gjorde sin forskning inkluderer ikke demping av hele bølgen. Faktisk, i vårt tidligere forskning 11, forsterkningen ble signifikant redusert når den sinusformede frekvensen var høy, for derved å indikere at det er nødvendig for å kompensere for forsterkningen av hele bølgen.
I denne undersøkelsen, er vår fremgangsmåte for forsterkningskompensering med PID-styring 12 basert på den forkorreksjonskrets teknikk 19, 20, 21 en framgangsmåte for å forbedre kvaliteten eller kommunikasjonshastighet i kommunikasjon engineering-som muliggjør konstruksjon av et eksperimentelt system som benytter eksisterende utstyr. Figur 1 viser flyt struktur. Den forkorreksjonskrets teknikk er i stand til å oppnå på forhånd den ønskede utgangsverdien fra en inngangsverdi, hvor PID-regulering er ikke effektiv, selv om de galvanometerspeilog kontrolleren anses som svarte bokser. Dette gjør det mulig for dem å utvide frekvens og amplitude varierer i hvilken en forsterkning på 0 dB bli tilveiebrakt uten innstiller PID kontrollparametrene.
Når gevinsten er forsterket, responskarakteristikkene til galvanometerspeil vanligvis være forskjellig ved forskjellige frekvenser, og derfor trenger vi å forsterke hver frekvens med forsterknings koeffisienter. Således er en sinusbølge som er egnet for pre-vekt teknikk, som det er bare en frekvens i hver enkelt sinusbølge. I denne forskning, fordi vi anvende forsterkningskompensering for å utføre bevegelseskompensering av uskarphet, blir styresignalet begrenset til sinus-bølge-skanning, og sinusbølgesignal utgjør en enkelt frekvens, i motsetning til andre bølger, for eksempel trekant- og sagt bølger. Videre er inngangssignalet i galvanometeret speilet oppdateres umiddelbart innenfor den neste syklus på grunn av den åpne sløyfe etter forbehandlings-koeffisienter er angitt. Med andre ord, vi trenger to vet bare inngang-til-utgang forhold for å betrakte styreenheten som en svart boks, og detaljert modellering er ikke nødvendig. Dette enkelhet gjør at systemet vårt for å være lett integreres i applikasjoner.
Det overordnede målet for denne metode er å etablere en eksperimentell prosedyre for bevegelseskompensasjon-uklarhet som en applikasjon ved forsterkningskompensering ved anvendelse av pre-vekt teknikk. Flere maskinvare enheter brukes i disse fremgangsmåter, slik som et galvanospeil, et kamera, et transportbånd, belysning, og en linse. Central programvarebrukerutviklede programmer skrevet i C ++ utgjør også en del av systemet. Figur 2 viser en skjematisk fremstilling av det eksperimentelle oppsett. Galvanometeret speil roterer med forsterknings-kompensert vinkelhastighet, for derved å gjøre det mulig for å evaluere mengden av uskarphet fra bildene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Kjøp av Gain Data for en Galvano Mirror
- Fiks galvanometeret speilet slik at den er stabilisert for å beskytte den mot skade når den oscillerende. Ikke bare galvanometeret speilet, men også hoveddelen av galvanospeil, beveger seg hvis ikke festet på plass ved bruk av et skreddersydd metall jig med et sirkulært hull for galvanometerspeil. Feste jiggen på en optisk bærebølge og en optisk benk.
- Koble BNC kabler fra AD / DA-kortet via en terminalblokk for inngangs- og posisjonskontakter i servoforsterkeren av galvanometeret speilet.
- Programsinusfunksjonsgenerator som et grafisk brukergrensesnitt (GUI) ved hjelp av SDK av AD / DA brett med C ++, som er i stand til å stille inn en vilkårlig frekvens, amplitude og varighet, slik som vist i figur 3.
MERK: Dette tilpassede funksjon generator bidrar til å kutte timekostnaden for kontinuerlige forsøk i trinn 1.5, siden rettssaken er gjennomført mange ganger. > - Sett frekvensen for å variere fra 100 Hz til 500 Hz 100 Hz intervaller, og angir amplituden varierer fra 10 mV til 500 mV i 10 mV-intervaller i det grafiske brukergrensesnittet. Totalt finnes 250 kombinasjoner. For å teste 250 kombinasjoner, er en dobbel sløyfe effektivt å gjennomføre. Den første sløyfen er for frekvenser fra 100 Hz til 500 Hz, og som gjennomføres 50 ganger. Den andre sløyfen er i amplituder fra 10 mV til 500 mV, som er realisert for 50 ganger.
- Tilsett sinusbølgebane signal inn i AD / DA brett for 2000 samplings eksempel lengde på GUI. Samtidig registrerer posisjonssignalet fra galvanometeret speilet for å lese den analoge verdien av AD / DA bord. I C ++ koding ved hjelp av et bibliotek av AD / DA bord, bruke samme tråd for skriving og lesing i programmering. Beregn nåværende vinkel på galvano speil θ (skriver informasjon) av denne ligningen
hvor t er tiden,es / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg"/> er amplitude, ƒ er frekvens. - Lagre stilling signaldata som en CSV-fil og omfatter verdien av frekvensen og amplituden i filnavnet.
- Gjenta trinn 01.04 til 01.06 for 250 iterasjoner.
2. Beregning å få pre-emphasis koeffisienter
- Påfør en median filter for CSV-filer (innspilte signaler) for å unngå støy effekter. Den romlige størrelse av medianfilteret er 5.
- Kjøre skriptet for å beregne topp-til-toppverdi (tilsvarende amplitude multiplisert med 2), ved hjelp av MATLAB for hver av CSV-filer, slik som vist i figur 4 (diagrammet representerer dataene for den sinusbølgebane).
- Plotte peak-til-peak data på en graf for å bestemme lineariteten ved hver frekvens, og begrenser bruks region av inngangsamplituden når flatene er ikke-lineær, som vist i figur 5.
MERK: Den ikke-lineære del av kurven representerer metning avPID-kontroll; derfor, er det tilrådelig å unngå å bruke dem for å sikre begrensning av spesifisering av kontroll. - Utføre lineær regresjon for topp-til-topp data i et regneark for å oppnå de lineære interpolering koeffisienter for hver frekvens. I denne prosessen er fem sett med bakker og avskjærer oppnådd. De stemmer overens med frekvenser fra 100 Hz til 500 Hz ved hver 100 Hz. En tilnærmelse for den rette linje på 300 Hz er vist i figur 5 (A), og de lineære interpolering koeffisienter for hver frekvens er vist i tabell 1.
- Ved hjelp av kvadratisk multippel lineær regresjon, utføre kvarinterpolering for å oppnå de kvarinterpolering koeffisientene (pre-emphasis koeffisienter) i arket for lineær interpolasjon koeffisienter for hver frekvens. De pre-emphasis koeffisienter er vist i tabell 2.
MERK: I denne forskningen, de lineære interpole koeffisientene varierer i form av en quadratic kurve; imidlertid andre typer av funksjoner, for eksempel kvadratiske, og tredjegradslikninger, anvendes hvis feilen er minimal.
3. Online signalforsterkning Basert på Pre-vekt Technique
- Utføre programvare som beregner den oppdaterte inngangs amplitudeverdien
fra den ideelle verdi inngangsamplituden 
og frekvensen ƒ ved hjelp av pre-emphasis koeffisienter. - Redd pre-emphasis koeffisienter som konstante verdier i C ++ programvare. Når enheten er oppdatert, blir disse konstante verdier også oppdatert.
- Programmere en funksjon
i C ++ programvare, og oppnå de lineære interpolering koeffisienter. Erstatte dem for en i, b i c i d i,og e i fra ligning og tabell 2. - Programmere en funksjon
i C ++ programvare, og en oppdatert inngangs amplitudeverdi for å erstatte og de lineære interpolering koeffisientene som ble oppnådd i trinn 3.1.2.
- Gjenta trinn 01.04 til 01.06 for vilkårlige ganger med ved anvendelse av pre-vekt teknikk i GUI.NOTE: For å unngå metning av regionen av PID-kontroll, settes 400 mV i opp til 200 Hz, 200 mV i opp til 300 Hz, 100 mV for opp til 400 Hz, og 50 mV opp til 500 Hz.
- Gjenta trinn 2.2 og plott peak-til-peak data som en kurve for å vise forbedringen i forsterkningen.
fra den ideelle verdi inngangsamplituden 
og frekvensen ƒ ved hjelp av pre-emphasis koeffisienter. 
4. Eksperimenter på Motion-blur kompensation
- Fremstill et transportbelte som kan bevege seg med 30 km / t ved hjelp av et belte som kan feste seg til klebrig tekstur. Den spesiallaget transportbåndet er sammensatt med en hastighetsregulerende motor, en jerngummibelte, og så videre. Det kan erstattes med ferdige transportbånd som kan styre hastigheten.
- Skriv ut en fin-struktur mønster på skrivbare bånd og lime den på transportbåndet.
MERK: limes struktur er vist i figur 6. Stripene er programmert ved hjelp av et bibliotek "ofxPDF" i openFrameworks, og det fotografiske bildet er fra et lager bilde selskap. - Sett opp optiske innretninger, slik som et kamera, en linse, og en belysning, som vist i figur 2. Plasser galvanometeret speil foran objektivet, som er forbundet med kameraet, og plassere belysning for å belyse transportbåndet.
- Angi at kameraet frekvens til 333 Hz, eksponeringstiden til 1 ms, og antall piksler for 848 * 960 (bredde * høyde).
- Synkronrotasjons tidspunktet for galvanometeret speilet og eksponeringstiden til kameraet. I programvaren, når vinkelen på galvano speilet kommer posisjonen hvor du skal begynne eksponering, sender programmet en programvare trigger i kameraet. Tidspunktet for programvare avtrekkeren er vist i figur 7.
- Input hastigheten på transportbåndet v t (30 km / t), og avstanden fra kameraet til transportbåndet l (3,0 m) for å beregne nødvendig vinkelhastighet ω r av galvanometeret speilet i GUI som i figur 8. ω r blir beregnet som følger:
- Inngangsfrekvens ƒ (330,0 Hz) i GUI som i figur 8 for å beregne opprinnelige inngangsamplituden . Regne utLigning 3" src = "/ files / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg" /> som følger:
- Kopiere og lime inn inn i kildekoden, og rotere galvanometeret med den forforsterket styreverdi θ for galvanometeret servoforsterkeren som følger:
hvor t er tid. Figur 7 illustrerer hvordan θ beregnes fra A. - Opptak av bilder når transportbåndet beveger seg med v t (30 km / t).
NOTE: Figur 9 illustrerer bevegelsen av transportbåndet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resultatene presentert her ble oppnådd ved anvendelse av en AD / DA brett og et kamera. Figur 1 viser prosedyren for forkorreksjon teknikk; Derfor er det kjernen i denne artikkelen. Det er unødvendig å sette parametrene til PID-kontroll etter at initialiseringstilstand; derfor er den elektroniske prosessen betraktelig enkel.
Figur 10 viser resultatene oppnådd ved anvendelse av forkorreksjon teknikk til vårt system. Som vist i figurene 10 (A) og 10 (B), respektivt, ble det avslørt at nesten alt utgangsplottene er på linjen y = x og nesten alle amplituden plott er på linjen y = 0 dB.
Figurene 11 og 12 viser resultatene av vår søknad system. Til tross for det faktum at bildene i figurene 11 (D) end 12 (D) hadde degradert skarphet sammenlignet med de i figurene 11 (A) og 12 (A), den skarphet av bildene i figurene 11 (D) og 12 (D) var vesentlig forbedret i forhold til figur 11 (B) og 11 (C) og 12 (B) og 12 (C). Figur 11 viser profilene oppnådd ved kvantitativ analyse av resultatene av våre bevegelses av uskarphet kompensasjonssystem. Profilene i figur 11 (B) og 11 (C) er helt flat, mens det i figur 11 (D) er humpete, fordi kontrasten mellom de svarte og hvite striper er forbedret. Profilen i figur 11 (C) er litt humpete sammenlignet med den i figur 11 (b), ettersom forsterkningen ble redusert ved høye frekvenser. På den annen side ble det fremstilt en struktur bilde av et kretskort og limt den på et transportbånd i 
Figur 1. Flytskjema av Pre-vekt teknikk for kontroll. Prosedyren blir separert i en frakoblet og en online-prosess. Hver handling korresponderer med hvert trinn i prosedyren. Dette tallet har blitt forandret fra Reference 12. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. 
Figur 2. Skjematisk av den eksperimentelle oppsett av Motion-blur Compensation System. Den galvano speil brukes for gevinst kompensasjon. Vinkelhastigheten korresponderer med hastigheten på transportbåndet. den galvanometer speil og kameraet blir styrt av en PC. Dette tallet har blitt forandret fra Reference 11. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. 
Figur 3. En GUI av Vekselstrøm funksjonsgeneratoren. En GUI til inngangsparametere. Brukeren kan legge inn frekvens, amplitude og varighet for enkelt sinusbølge for å lagre posisjonsdata. For et iterativt sinusbølge, kan brukeren angi omfanget og intervall av frekvens og amplitude. I tillegg kan brukeren stille tilgjengeligheten av pre-vekt teknikk som bruker en sjekk knapp. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. rc = "/ files / ftp_upload / 55431 / 55431fig4.jpg" />
Figur 4. Rådata av Vekselstrøm Sti innhentet gjennom AD konvertering. En frekvens og amplitude på 300 Hz og 300 mV, respektivt, ble anvendt. Vi fikk peak-to-peak verdi fra disse dataene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. 
Figur 5. responsegenskapene galvanometeret speil. (A) Input signal (mV) og utgangssignalet (mV). (B) Input signal (mV) og forsterkning (dB). Dette tallet har blitt forandret fra Reference 11. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. 
Figur 6. transportbånd og Tekstur limt på beltet. Vi har utarbeidet to mål på transportbåndet. Dette bildet ble tatt da transportbåndet var å stoppe. Target 1 er et ark av skalaer og mål 2 er en fargekopi av kretskortet. Transportbåndet beveger seg horisontalt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. Tidsskjemaet i styresignalet. Sinussignal (blå linje) og ideelt trekantet bølgesignal (rød linje). Programvare trigger skjedde i starten av eksponeringstiden. Dette tallet er blitt endret fra referanse 11. Ple ase klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8. En GUI for å beregne opprinnelige inngangsamplituden. En GUI til inngangsparametere. Brukeren kan legge inn hastighet av transportbåndet, avstand fra kameraet til transportbåndet, og kontroll frekvens. Endelig, kan brukeren få opprinnelige innspill amplitude. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 9. Bevegelse av transportbåndet. Transportbåndet beveger seg i v t (30 km / t). Vi registrerte denne filmen ved hjelp av en vanlig, kommersielt tilgjengelig kompakt digitalkamera.ad / 55431 / 9.MOV" target = "_ blank"> Klikk her for å se denne videoen. (Høyreklikk for å laste ned.)
Figur 10. Resultater av Pre-vekt Technique. (A) Amplituder av ideelle og reelle utgangsspenninger etter bruk av forkorreksjon teknikk. (B) gevinst ved forkorreksjonskrets teknikk. Dette tallet har blitt forandret fra Reference 12. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 11. Resultater av Anvendelse av Pre-vekt Teknikk med vårt system ved å sette v t til 30 km / t vertikalt og vertikale profiler Tilsvarende Blue Lines(Bildene er beskåret 240 * 225 px for Justert Display). (A) stillbilde. (B) Bilde når v = t 30 km / t (bevegelseskompensasjon-uklarhet var inaktiv). (C) Bilde når v = t 30 km / t (bevegelseskompensasjon-uklarhet var aktiv og pre-vekt var inaktiv). (D) Bilde når v = t 30 km / t (bevegelseskompensasjon-uklarhet var aktiv og pre-vekt var aktiv). Dette tallet har blitt forandret fra Reference 12. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 12. Resultater av Anvendelse av Pre-vekt Technique til Texture Bilde av et kretskort med vårt system Når v t var 30 km / t vertikalt (bildene er TrimMed til 264 * 246 px for Justert Display). (A) stillbilde. (B) Bilde når v = t 30 km / t (bevegelseskompensasjon-uklarhet var inaktiv). (C) Bilde når v = t 30 km / t (bevegelseskompensasjon-uklarhet var aktiv og pre-vekt var inaktiv). (D) Bilde når v = t 30 km / t (bevegelseskompensasjon-uklarhet var aktiv og pre-vekt var aktiv). Dette tallet har blitt forandret fra Reference 12. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Lineær interpolasjon koeffisienter | ||
| f [Hz] | k (1, f) | k (0, f) |
| 100 | 1,0271 | -3,7321 </ Td> |
| 200 | 1,2053 | -3,7107 |
| 300 | 1,7570 | -4,2157 |
| 400 | 2,7891 | -9,1564 |
| 500 | 4,3559 | -14,931 |
Tabell 1. Liste over lineær interpolasjon koeffisienter for hver frekvens. Parametrene blir beregnet i trinn 2.4. Denne tabellen har blitt forandret fra referanse 12.
| Kvar polynomkoeffisientene | |||||
| Jeg | en | b | c | d | e |
| 0 | -2.16E-11 | 3.93E-08 | 5.51E-07 | -8.16E-04 | 1.07E + 00 |
| 1 | 6.30E-10 | -7.81E-07 | 2.35E-04 | -2.50E-02 | -2.86E + 00 |
Tabell 2. Liste over Kvar polynomkoeffisientene. Parametrene blir beregnet i trinn 2.5. Denne tabellen har blitt forandret fra referanse 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denne artikkelen presenterer en fremgangsmåte stand til å utvide den sinusbølge frekvensområde for å oppnå høy nøyaktighet bane sporing med PID-regulering. På grunn av at responsen til et galvanospeil er begrenset av sin treghet, er det viktig å bruke et galvanospeil når styrestrekningen er bratt. Men i denne forskningen, foreslår en metode for å forbedre spesifisering av kontroll og deretter vise seg ved fremgangsmåten ved å skaffe eksperimentelle resultater.
I vår prosedyre, trinn 2.5 er den mest kritiske trinnet. Vi oppnå de pre-emphasis koeffisientene fra de lineære interpolering koeffisientene for å utnytte en vilkårlig frekvens. Uten dette trinnet, kan vi bruke bare diskrete frekvenser. Vår prosedyre har både offline og online deler. Den frakoblede del er nødvendig for å kunne bruke anordningen under det innledende trinn; Det tar imidlertid tid å oppnå pre-vekt. Derfor er det fornuftig å skifte fra en manuell til en automatisk prosess. I trinn 2.4, vi gjordeikke benytte den ikke-lineære del av dataene manuelt, og det kan erstattes av en automatisk skritt med evne til å gjenkjenne den linearitet. Vi har utarbeidet en egen script og prosess i MATLAB og i et regneark, Imidlertid kan fremgangsmåten forenkles ved å skape et program i C ++ med et grafisk brukergrensesnitt.
Teknikken har følgende begrensning: det er ikke aktuelt for situasjoner der det forsterkede signalet ikke når den ideelle signalstyrke. I så tilfelle vil selve innretningen enten krever øket dreiemoment eller speilet skal være lett. Fordelen med denne metoden er at den kan bidra til kostnadsreduksjon ved oppdatering av styresystemer som bruker et hvilket som helst sinusbølge. Selv om en autojusterende funksjonen er mulig å bestemme parametere som et initialiseringstrinn, må denne metode for å bestemme parametere igjen når frekvens og amplitude varieres 14. I tillegg kan en selvjusterende kontrolleren bestemme parametre i sann tid, however avstemnings tar forsinkelse 15. Dette er fordi, i motsetning til tidligere fremgangsmåter, forbedrer den foreslåtte teknikk lett ytelse uten behov for å endre styringsparametrene for aktuatorene og PID-kontroll etter at initialtilstand er avsluttet og når frekvensen og amplituden variere 14, 15. Derfor er den elektroniske prosessen betydelig forenklet og kan brukes i sanntid. Men som vi testet vår prosedyre i én enhet, er det nødvendig å teste den i andre enheter også. Vår metode er ofte anvendelig til andre enheter, som vi anså galvanometer systemet og styreenhet som svart boks systemer, i motsetning til eksisterende fremgangsmåter 16, 17, 18. En utvidet PID-regulator 16, 17 og en utvidet logisk styreenhet 18 er mulig to forbedre den følgeytelse av galvanospeil for en rekke sporveier, men deres galvano system og styringer er svart boks systemer.
Til slutt, i fremtiden, denne teknikken kan anvendes på optiske applikasjoner som målfølging og tegning, som begge benytter sinusbølgebane sporing. Det ville være mulig å utvide denne teknikk å bruke en vilkårlig bølgesignal konstruert med en sinuskurve.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noe å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne har ingen bekreftelser.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Galvanometer mirror | Cambridge Technology | M3s X axis | |
| Custom-made metal jig | ASKK | - | With circular hole for galvanometer mirror |
| Optical carrier | SIGMAKOKI | CAA-60L | |
| Optical bench | SIGMAKOKI | OBT-1500LH | |
| Oscilloscope | Tektronix | MSO 4054 | |
| AD/DA board | Interface | PCI-361216 | |
| PC | DELL | Precision T3600 | |
| Galvanometer mirror servo controller | Cambridge Technology | Minisax | |
| Lens | Nikon | AF-S NIKKOR 200mm f/2G ED VR II | |
| High-speed camera | Mikrotron | Eosens MC4083 | Discontinued, but sold as MC4087. The cable connection is different from MC4083 |
| Conveyor belt | ASUKA | - | With a speed-control motor(BX5120A-A made by Oriental Motor), iron rubber belt(100-F20-800A-J made by NOK), and so on |
| Printable tape | A-one | F20A4-6 | |
| Photographic texture | Shutterstock, Inc. | 231357754 | Printed computer motherboard with microcircuit, close up |
| Terminal block | Interface | TNS-6851B | |
| CoaXPress board | AVALDATA | APX-3664 | |
| MATLAB | mathworks | MATLAB R2015a |
References
- Bass, M. Handbook Of Optics. 3, 2nd ed, (1995).
- Marshall, G. F., Stutz, G. E. Handbook of optical and laser scanning. , CRC Press. (2011).
- Aylward, R. P. Advanced galvanometer-based optical scanner design. Sensor Rev. 23 (3), 216-222 (2003).
- Duma, V., Rolland, J. P., Group, O., Vlaicu, A., Ave, R. Advancements on galvanometer scanners for high-end applications. Proc SPIE. 8936, Cm 1-12 (2014).
- Duma, V. -F., Lee, K., Meemon, P., Rolland, J. P. Experimental investigations of the scanning functions of galvanometer-based scanners with applications in OCT. Appl Opt. 50 (29), 5735-5749 (2011).
- Wang, C., Shumyatsky, P., Zeng, F., Zevallos, M., Alfano, R. R. Computer-controlled optical scanning tile microscope. Appl opt. 45 (6), 1148-1152 (2006).
- Jofre, M., et al. Fast beam steering with full polarization control using a galvanometric optical scanner and polarization controller. Opt Exp. 20 (11), 12247-12260 (2012).
- Liu, X., Cobb, M. J., Li, X. Rapid scanning all-reflective optical delay line for real-time optical coherence tomography. Opt lett. 29 (1), 80-82 (2004).
- Li, Y. Laser beam scanning by rotary mirrors. II. Conic-section scan patterns. Appl opt. 34 (28), 6417-6430 (1995).
- Duma, V. I. L., Tankam, P. A., Huang, J. I., Won, J. U., Rolland, J. A. P. Optimization of galvanometer scanning for optical coherence tomography. Appl opt. 54 (17), 5495-5507 (2015).
- Hayakawa, T., Watanabe, T., Ishikawa, M. Real-time high-speed motion blur compensation system based on back-and-forth motion control of galvanometer mirror. Opt Exp. 23 (25), 31648-31661 (2015).
- Hayakawa, T., Watanabe, T., Senoo, T., Masatoshi, I. Gain-compensated sinusoidal scanning of a galvanometer mirror in proportional-integral- differential control using the pre-emphasis technique for motion-blur compensation. Appl opt. 55 (21), 5640-5646 (2016).
- Visioli, R. Practical PID Control. , Springer-Verlag London. London. (2006).
- Vilanova, R., Visioli, A. PID Control in the Third Millennium. , Springer-Verlag London. London. (2012).
- Ortega, R., Kelly, R. PID Self-Tuners: Some Theoretical and Practical Aspects. IEEE Transa Ind Electron. 31 (4), 332-338 (1984).
- Mnerie, C., Preitl, S., Duma, V. -F. Mathematical model of a galvanometer-based scanner: simulations and experiments. Proc SPIE. 8789, 878915 (2013).
- Mnerie, C. A., Preitl, S., Duma, V. Performance Enhancement of Galvanometer Scanners Using Extended Control Structures. 8th IEEE International Symposium on Applied Computational Intelligence and Informatics. , 127-130 (2014).
- Mnerie, C., Preitl, S., Duma, V. -F. Control architectures of galvanometer-based scanners for an increased precision and a faster response. Proc of SPIE. 8925, 892500 (2014).
- Farjad-rad, R., Member, S., Yang, C. K., Horowitz, M. A., Lee, T. H. A 0.4- m CMOS 10-Gb/s 4-PAM Pre-Emphasis Serial Link Transmitter. IEEE J Solid-State Circuits. 34 (5), 580-585 (1999).
- Buckwalter, J. F., Meghelli, M., Friedman, D. J., Hajimiri, A. Phase and amplitude pre-emphasis techniques for low-power serial links. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 41 (6), 1391-1398 (2006).
- Le, S., Blow, K., Turitsyn, S. Power pre-emphasis for suppression of FWM in coherent optical OFDM transmission. Opt exp. 22 (6), 7238-7248 (2014).
