磁致伸缩驱动型快速转向反射镜设计研究

123456aa · 发表于 2022-4-12 16:20:52

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快速转向反射镜(Fast Steering Mirror, FSM)是一种通过镜面转动达到快速控制光束方向的装置，广泛应用于激光束稳定系统、空间光通信系统等领域。本文对国内外快速转向反射镜的研究情况进行了总结归纳，分析了快反镜的几种主要结构形式及其组成部件的设计方式，对制约快反镜谐振频率提高的结构因素进行了分析研究，设计制造了一款具有高谐振频率的磁致伸缩驱动型快速转向反射镜。采用巨磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator, GMA)作为快反镜系统驱动元件，对驱动器的预压力装置和传动机构进行了一体化优化，设计了一种新型的膜片式柔性上端盖作为预压力施加装置，使驱动器结构更加紧凑的同时增强了位移输出径向约束。对其进行的性能测试表明，该磁致伸缩驱动器静态输出位移超过±40μm，输出稳定性较好，可满足快反镜的应用要求。快反镜装置结构形式采用两驱动器双驱动轴结构，应用柔性轴组合方案，对快反镜整体结构进行了优化设计，提高了快反镜装置的结构紧凑性，使所设计的快反镜装置具有较高的谐振频率。建立了快反镜有限元模型，对其进行有限元模态分析得到快反镜系统的机械谐振频率，并对其前四阶模态振型进行了分析研究。最后，对所研制的快反镜装置进行加工装配，并进行性能测试，主要包括转角范围和机械谐振频率测试。测试结果表明，本文所研制的快反镜样机具有较好的结构刚度，反射镜可实现灵活的两维转角运动，镜面转角范围达到±3´，一阶机械谐振频率达到450Hz，各项性能达到课题设计要求。

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