Описание работы САР

1.  Описание работы САР

На рис.1. схематически показана САРФ

Рис.1. САРФ

Датчик положения обеспечивает сигнал в виде напряжения постоянного тока, приблизительно пропорциональный ошибке фокусировки. После усиления и коррекции этот сигнал преобразуется в ток, протекающий по катушке, находящейся в магнитном поле (местный электродвигатель), что вызывает появление вертикально направленной силы, приложенной к объективу. Он перемещается в направлении уменьшения ошибки. Из рисунка видно, что САРФ является системой с замкнутой петлей обратной связи.

Для работы такой системы требуется наличие биполярного сигнала ошибки фокусировки. Этот сигнал получают оптическими средствами. Большинство методов получения сигнала ошибки фокусировки основаны на том факте, что лазерный луч отражается диском точно в обратном направлении только в случае, когда фокус находится точно на поверхности диска. Если внести некоторую асимметрию в оптический путь отраженного луча, то появляется возможность выделять сигнал отклонения фокуса от поверхности диска. При этом диск не должен найти никакой информации специально для фокусировки. К наиболее широко используемым методам выделения сигнала ошибки фокусировки относится метод ножа Фуко, метод частичного перекрытия зрачка и астигматический метод.

Во всех методах при выделении и формировании сигналов ошибки высокочастотные составляющие сигнала с фотоприемника интереса не представляют. Сигнал с фотоприемника поступает на низкочастотный фильтр, который подавляет высокочастотные колебания, обусловленные питами или отверстиями. Можно сказать, что питы так быстро движутся перед объективом, что сливаются в единую дорожку усредненной промежуточной интенсивности.

Рассмотрим работу датчика положения, использующего для получения сигнала ошибки метод частичного перекрытия зрачка. На рис.2 изображена схема метода.

D1

D2

D1

X Х

D2

H D3

D3

 

Рис.2. Метод частичного перекрытия зрачкас помощью непрозрачного экрана Н(а), и при замене его бипризмой (б).

В данном методе край непрозрачного экрана расположен вдали от точки фокуса отраженного пучка, а двух площадочный детектор в согласованном состоянии (фокус на дорожке диска) расположен точно в фокусе. В этой точке распределение света в пятне сложное, но с достаточной точностью можно считать, что оба детектора освещены равномерно. Однако уже на небольшом расстоянии X от фокуса становится допустимым геометрическое приближение и расфокусировка приводит к увеличению освещенности одной половины экрана относительно другой. Если в плоскости экрана расположить два детектора D₁ и D₂ (рис.2a), то сигнал ошибки фокусировки U_ф будет равен:

U_ф=U_D1-U_D2 ,

где: U_D1, U_D2 – сигналы, снимаемые с детекторов D1 и D2.

Сигнал ошибки фокусировки изменяется от максимального положительного до максимального отрицательного значения при перемещении фокуса. Это расстояние, измеренное на детекторе, соответствует двойному перемещению диска вследствии отражательного характера системы.

Для уменьшения чувствительности метода к расстройке элементов из-за температурных и механических деформаций вместо экрана обычно применяют бипризму и два двухплощадочных детектора вместо одного (рис.2б), что существенно сближает эту чувствительность. На рис.3. показан сигнал ошибки фокусировки, полученный по этому методу.

U_Ф

 х [мкм]

Рис.3. Характеристика сигнала расфокусировки, полученного методом частичного перекрытия зрачка

Вдоль оси X отложены значения величины расфокусировки пятна относительно оптического диска. По вертикальной оси -относительные значения сигнала U_ф получаемого с двух пар детекторов по формуле:

U_Ф= ( U_D1-U_D2 )+( U_D4-U_D3)

1.1 Построение структурной схемы

На рис.4 . показана общая структура САРФ.

Рис.4

Где СЭ - сравнивающий элемент, который выделяет сигнал пропорциональный ошибке;

ПЭ - промежуточный элемент (электронная схема);

ИЭ - исполнительный элемент (двигатель);

ОР - объект регулирования (оптическая система).

На рис.5 . показана структурная схема САРФ.

Рис.5

где

W_сэ (S) – передаточная функция СЭ;

W_пэ (S) – передаточная функция ПЭ;

W_мэ (S) – передаточная функция ИЭ;

W_ор (S) – передаточная функция ОР.