[發(fā)明專利]平面鏡干涉儀中動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410020839.1
• 申請(qǐng)日: 2014-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN103852248A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉杰;華建文;王戰(zhàn)虎;陳仁;樊慶;李濤;夏翔;盛灝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種平面鏡干涉儀中動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度的測(cè)量方法，主要應(yīng)用于門廊結(jié)構(gòu)的干涉儀中動(dòng)鏡的支撐機(jī)構(gòu)的微小扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù)的非接觸測(cè)量。

背景技術(shù)

在采用Porch?Swing(門廊)結(jié)構(gòu)的干涉儀中采用平面鏡作為動(dòng)鏡和定鏡，動(dòng)鏡是其中唯一的運(yùn)動(dòng)部件。由于動(dòng)鏡的支撐為彈性支撐，動(dòng)鏡即使停止時(shí)也在進(jìn)行自由的微晃動(dòng)。同時(shí)，入射輻射在儀器中的干涉過程對(duì)動(dòng)鏡和定鏡的準(zhǔn)直性要求極高，需要使用動(dòng)態(tài)的校準(zhǔn)控制方法對(duì)動(dòng)鏡掃描運(yùn)動(dòng)過程中的準(zhǔn)直性誤差進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償。在制定控制策略前，首先要對(duì)動(dòng)鏡及支撐機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行建模，實(shí)施控制時(shí)需要考慮動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)自身的扭轉(zhuǎn)剛度特性，從而精確計(jì)算扭轉(zhuǎn)剛度與微角度作用下的恢復(fù)力轉(zhuǎn)矩。此外，動(dòng)鏡的裝調(diào)過程中也需要對(duì)動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)本身的扭轉(zhuǎn)剛度特性進(jìn)行測(cè)量評(píng)估。目前對(duì)于非接觸式、微小角度變化引起的扭轉(zhuǎn)剛度的測(cè)量受到測(cè)量方法限制，無法進(jìn)行直接的精確測(cè)量。

在各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常碰到把電磁鐵作為自動(dòng)控制元件，以實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制功能，電磁鐵的磁性隨線圈通入電流的大小變化而變化，在通有直流電壓的情況下，線圈電流i等于電壓V和線圈直流電阻R的比值。在電磁線圈的匝數(shù)N、真空磁導(dǎo)率μ₀、電磁鐵磁路與支撐結(jié)構(gòu)的作用面積A已知的條件下，把U型電磁鐵安置于截面端平行于動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)的位置,為簡(jiǎn)化電磁吸力的分析，減小氣隙的邊緣效應(yīng)引入的電磁力計(jì)算誤差（參見《電機(jī)原理與設(shè)計(jì)的MATLAB分析》，戴文進(jìn)譯，電子工業(yè)出版社，2006，7），調(diào)節(jié)電磁鐵的截面與支撐機(jī)構(gòu)的氣隙至0.1～0.2mm之間，測(cè)量并記錄該氣隙的值s。則此時(shí)的電磁力F_e為：

Fe=14μ0N2A(VRs)2---(1)]]>

測(cè)量并記錄電磁鐵的直流電阻值R和所加電壓V，則此時(shí)電磁鐵的電流i為：

i=V/R??(2)

令則電磁力F_e表示為：

F_e=KV²??(3)

測(cè)量電磁力的力臂即作用點(diǎn)與動(dòng)鏡扭轉(zhuǎn)中心的距離為l，由此產(chǎn)生的相應(yīng)的電磁力轉(zhuǎn)矩Me計(jì)算為：

M_e=F_el??(4)

動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)在電磁力矩的作用下繞系統(tǒng)質(zhì)心發(fā)生扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過微小傾角。通過激光干涉儀測(cè)量該傾角值（參見《Detection?of?Moving?Mirror?Tilt?in?Fourier?Transform?Infrared?Spectrometer》，Sun?Xiaojie，etc，Proc.?of?SPIE?Vol.?8417,841724，2012）為θ。設(shè)扭轉(zhuǎn)剛度為kτ，當(dāng)θ很?。ㄎ⒒×考?jí)）時(shí)，支撐機(jī)構(gòu)的回復(fù)力特性近似為線性?；貜?fù)力作用于動(dòng)鏡支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的恢復(fù)力轉(zhuǎn)矩Mr為：

M_r=k_τθ??(5)

其中扭轉(zhuǎn)剛度kτ的量綱為（牛頓×厘米/微弧度）。整個(gè)系統(tǒng)處于轉(zhuǎn)矩平衡狀態(tài)時(shí)有M_e=M_r，即

M_e=F_el=?kτθ??(6)

從而可以算得扭轉(zhuǎn)剛度kτ：

kτ=Me/θ??(7)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)的微小扭轉(zhuǎn)剛度的測(cè)量方法。采用電磁力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，利用激光干涉儀測(cè)量動(dòng)鏡在電磁轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的微傾角，通過電壓產(chǎn)生的電磁力、作用力臂和動(dòng)鏡支撐機(jī)構(gòu)的微傾角間接測(cè)量出扭轉(zhuǎn)剛度。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量，保證了測(cè)量可靠性。