16、分段镜望远镜主动控制系统解析

分段镜望远镜主动控制系统解析

1. 传感器工作原理

在分段镜望远镜中，传感器起着至关重要的作用。以一种常见的传感器设计为例，其机械部件安装在镜子背面，不会遮挡反射表面。在标称 4 毫米间隙的上下表面是导电的，这些间隙和导电表面构成了两个电容器。当两个镜段相对移动时，驱动桨相对于传感器主体移动，改变了间隙大小，从而改变了电容。两个电容之间的差值与镜段的相对位移呈线性关系。传感器前置放大器和模数转换器测量这种电容差值，并产生与位移成比例的数字输出，该输出被发送到控制电子设备进行进一步处理。

这种传感器具有诸多优点，其噪声仅为几纳米，热误差低（小于 3 纳米/开尔文），漂移率低（小于 4 纳米/周），并且在重力作用下的变形是可预测的（均方根误差可校正到优于 7.5 纳米），使得传感器对光学误差预算的总体贡献相当低。

2. 凯克型传感器主动控制矩阵的构建

在主动控制系统中，执行器和传感器之间存在线性关系，用公式表示为 (Az = s)。其中，(z) 是一个包含所有执行器长度的向量（以凯克望远镜为例，有 108 个分量），(s) 是所有传感器长度的向量（有 168 个分量）。控制矩阵 (A)（168×108）完全由几何结构决定。

凯克传感器是水平的，即构成传感器的差分电容器的极板与镜段表面平行。十二个半传感器与它们所监测的镜段之间的几何关系如图 3 - 2 所示，同时也标明了三个镜段执行器的位置。凯克的参数为 (a = 900) 毫米，(f = 173) 毫米，(g = 55) 毫米，(h = 706) 毫米。传感器在图中编号方块所示的点处感测相对边缘高度，即一个镜段相对于其相邻镜段的高度。

对于凯克几何结构以及大多数实际情况