CN110501067B - 一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，解决了现有支撑结构存在的结构复杂、装调难度大及对多普勒差分干涉仪的力热性能的影响问题。该支撑结构包括底座，底座的上表面设有n个第一环形凸台，n个第一环形凸台的凸台面用于与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的下表面粘接；还包括压盖，压盖通过支撑杆与底座连接，用于对多普勒差分干涉仪分光棱镜的上表面施加预紧力；压盖的下表面设有与第一环形凸台一一对应的n个第二环形凸台；第二环形凸台的凸台面用于与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的上表面接触，其中n为大于等于3的自然数。该支撑结构简单，易于装调多普勒差分干涉仪。

Description

一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构

技术领域

本发明涉及一种支撑装置，尤其涉及一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构。

背景技术

多普勒差分干涉光谱技术是2006年由美国海军实验室Christoph R.Englert研究团队提出的一种全新的大气风场探测技术，其实质是一种非对称形式的空间外差干涉仪，如附图1所示，它的系统结构由迈克尔逊干涉仪改进而成，用两块与光轴呈一定倾角且位置固定的光栅代替了传统迈克尔逊干涉仪中的两个平面反射镜，并在干涉仪两臂之间引入一定的不对称量，从而使干涉仪能够在系统参数不变的情况下大大的增加光谱分辨率。其探测大气风速的主要原理是通过探测气辉谱线的多普勒频移来反演大气风场信息。

多普勒差分干涉仪作为多普勒差分干涉系统的核心部件，低热传导、微应力支撑是保证其动态稳定性和热稳定性的关键。由于与金属材质的支撑结构直接接触，使得多普勒差分干涉仪对温度和应力极为敏感，温度波动或过大的应力易导致干涉仪两臂基础光程差变化、工作元件面形变化、干涉仪粘接面脱胶等。这些变化将导致干涉图出现基础相位和频率变化、调制度降低和干涉图倾斜，进而降低相位反演精度。

因此，在所使用粘合剂的抗拉强度以及光学元件许用应力一定的情况下，必须通过设计合理的支撑结构以承载光学元件，减小由振动引起的干涉仪胶接面上的机械应力，以防止光学元件脱胶甚至破坏。同时通过合理选择支撑结构的材料以及与光学元件连接方式，减小胶接处的热应力及装夹时的机械应力对干涉仪面形的影响。

目前对于多普勒差分干涉仪这样形状不规则干涉仪的支撑问题，国内外文献中很少涉及，且基本都存在着结构复杂、装调难度大、影响多普勒差分干涉仪的力热性能等问题。

发明内容

本发明提供一种支撑结构，用于多普勒差分干涉仪的低热传导、微应力装夹支撑，用以解决现有支撑结构存在的结构复杂、装调难度大及影响多普勒差分干涉仪的力热性能的问题。

本发明的技术方案是：一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，包括底座，底座的上表面设有n个第一环形凸台，n个第一环形凸台的凸台面用于与多普勒差分干涉仪中分光棱镜的下表面粘接，以减小多普勒差分干涉仪与底座的粘接面积；

还包括压盖，所述压盖通过支撑杆与底座连接，用于对多普勒差分干涉仪分光棱镜的上表面施加预紧力，以提高底座与干涉仪的粘接可靠性；

所述压盖的下表面设有与第一环形凸台一一对应的n个第二环形凸台；第二环形凸台的凸台面用于与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的上表面接触，避免引入弯矩，其中n为大于等于3的自然数。

优选地，上述n＝4，四个第一环形凸台的凸台面的中心连线为正方形，其中两个对角上的第一环形凸台面的中心连线与分光棱镜的分光面共面。

为避免压盖与多普勒差分干涉仪的分光棱镜上表面刚性接触，缓解分光棱镜受到的冲击，该多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构还包括n个橡皮垫，当多普勒差分干涉仪粘接在第一环形凸台面上时，n个橡皮垫分别设置于n个第二环形凸台面与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的上表面之间。

优选地，上述橡皮垫与第二环形凸台的凸台面形状匹配，以减小分光棱镜与橡皮垫的接触面积。

更进一步地，还包括设置于底座与第一环形凸台之间的缓冲层，第一环形凸台、缓冲层和底座为一体设置；所述缓冲层用于提高第一环形凸台的刚度，避免第一环形凸台的竖直高度过大，造成多普勒差分干涉仪的弯曲变形；底座、第一环形凸台和缓冲层的材料均为殷钢。

更进一步地，上述压盖为方形，上述支撑杆包括一个直杆、两个第一斜筋和一个第二斜筋，直杆的一端通过螺钉与压盖的第一角连接，另一端固定在底座上；第二斜筋为“人”字形，其一端通过螺钉与压盖第一角的对角连接，另两端固定在底座上；两个第一斜筋的一端分别通过螺钉连接在与压盖第一角相邻的两个角上，另一端固定在底座上；第一斜筋与第二斜筋用于抵抗多普勒差分干涉仪的扭转。

更进一步地，所述多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构还包括位于压盖与支撑杆之间的修切垫，安装时通过控制修切垫的厚度来调整所述橡皮垫的压缩量，从而控制压盖对多普勒差分干涉仪的预紧力大小。

更进一步地，压盖的上表面设有加强筋，以提高其刚度；所述底座上设置有对外连接的通孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构在底座上表面设置第一环形凸台，第一环形凸台面与多普勒差分干涉仪中的分光棱镜的下表面粘接，减小了多普勒差分干涉仪与底座的粘接面积，有效减少了底座传入多普勒差分干涉仪的热量，并减小了光学胶固化收缩时在粘接面处产生的局部应力，保证了多普勒差分干涉仪的热稳定性和动态稳定性。

2、通过设置压盖，对多普勒差分干涉仪施加预紧力，以提高底座与多普勒差分干涉仪的粘接可靠性。

3、通过在压盖上设置与第一环形凸台对应的第二环形凸台，避免引入弯矩，从而避免多普勒差分干涉仪弯曲变形。

4、本发明的低热传导微应力装夹支撑结构使用胶合与弹性压紧相结合的装夹方法，大大降低了光机仪器支撑结构的复杂度，提高了结构刚度，避免了多普勒差分干涉仪在复杂的工作环境中脱胶甚至破裂，同时减轻了整体重量，且该结构易于装调多普勒差分干涉仪。

5、底座选用和干涉仪的分光棱镜热膨胀系数相近的殷钢材料，避免温度变化时在粘接面上产生过大的热应力而影响多普勒差分干涉仪面形。

附图说明

图1为多普勒差分干涉仪原理图；

图2为本发明的低热传导微应力装夹支撑结构的示意图；

图3a为本发明的低热传导微应力装夹支撑结构使用状态的参考图一；

图3b为本发明的低热传导微应力装夹支撑结构使用状态的参考图二；

图4为多普勒差分干涉仪的结构示意图；

图5a为传统的粘接面形式；

图5b为本发明所设计的粘接面形式；

图中附图标记为：1-压盖；2-多普勒差分干涉仪；3-第一斜筋；4-第二斜筋；5-修切垫；6-底座；7-直杆；9-传统的粘接面形式；10-本发明所设计的粘接面形式；11-第一环形凸台；12-缓冲层；13-压盖第一角；21-第一光栅；22-第一视场光栅间隔元件；23-第一视场棱镜；24-第一分光视场间隔元件；25-分光棱镜；26-第二分光视场间隔元件；27-第二视场棱镜；28-第二视场光栅间隔元件；29-第二光栅。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做一步的描述。

如图4所示，多普勒差分干涉仪的形状不规则，当前国内关于高力热稳定性的多普勒差分干涉仪的支撑结构的设计存在空缺，本发明提供一种用于多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构。

从图2、图3a和图3b中可以看出，本实施例的低热传导微应力装夹支撑结构包括底座6和压盖1，压盖1和底座6通过支撑杆连接，底座6上的第一环形凸台11上表面与多普勒差分干涉仪2的分光棱镜的下表面粘接，压盖1上的第二环形凸台的下表面与分光棱镜的上表面接触；

缓冲层12设置于底座6与第一环形凸台11之间，第一环形凸台11、缓冲层12和底座6为一体设置；缓冲层12用于提高第一环形凸台11的刚度，避免第一环形凸台11的竖直高度过大，造成多普勒差分干涉仪2的弯曲变形；底座6、第一环形凸台11和缓冲层12的材料为殷钢。

压盖1为方形，支撑杆包括一个直杆7、两个第一斜筋3和一个第二斜筋4，所述直杆7的一端通过螺钉与所述压盖第一角13连接，另一端固定在底座6上；第二斜筋4为“人”字形，其一端通过螺钉与压盖第一角13的对角连接，另两端固定在底座6上；两个第一斜筋3的一端分别通过螺钉连接在与压盖第一角13相邻的两个角上，另一端固定在底座6上。第一斜筋3和第二斜筋4用于抵抗多普勒差分干涉仪的扭转，并且不会遮挡光路；

本实施例的支撑结构还包括位于压盖1与支撑杆之间的修切垫5。

本实施例中，将直杆7和斜筋利用螺钉安装在底座6上，将多普勒差分干涉仪2通过光学胶粘接在底座6上，将压盖1通过4个螺钉安装到直杆7和斜筋上表面的4个螺纹孔中，此时压盖的位置确定。

为减小底座与光学组件之间的热传导，应减小两者的粘接面积。而为保证粘接强度，粘接面积也不应过小。若必须使用大面积粘接，可将其分成若干三角形、圆环形或其他形状的小面积粘接，若采用三角形粘接，尖角处会产生应力集中，干涉仪组件在受到振动和冲击时，胶层在此处极易发生破坏进而引起干涉仪脱胶；而圆环形结构具有良好的适应性和可靠性，因此本实施例将粘接面设计为圆环形。

具体地，在底座6的上表面设有4个第一环形凸台11，4个第一环形凸台11的凸台面与多普勒差分干涉仪2中分光棱镜的下表面粘接，其中两个对角上的第一环形凸台面的中心连线与分光棱镜的分光面共面，四个第一环形凸台11的凸台面的中心连线为正方形，即本实施例的底座粘接面为四点环形凸台粘接形式，参见图5b。相较于传统网格化的粘结形式，见图5a，本发明的粘接面积小，可以大大减小通过底座传入多普勒差分干涉仪的热量，同时不会影响多普勒差分干涉仪的面形，且可保证在环境振动条件下，多普勒差分干涉仪的分光棱镜与底座之间的粘接面不会脱胶。

本发明的多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构的粘接面设计不限于四点环形凸台粘接形式，只要能保证粘结可靠并减少热传导，其他粘结形式均可。

为提高多普勒差分干涉仪与底座的粘接可靠性，本发明的多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构设计了压盖，对多普勒差分干涉仪的表面施加预紧力。

压盖1的下表面设有与第一环形凸台11一一对应的4个第二环形凸台；第二环形凸台的凸台面与多普勒差分干涉仪2的分光棱镜的上表面接触，避免引入弯矩，从而避免引起干涉仪弯曲变形。

对多普勒差分干涉仪进行安装后，第一环形凸台对其有竖直向上的支撑力，第二环形凸台对其有竖直向下的预紧力，这两组力的大小相等，方向相反，使多普勒差分干涉仪保持平衡和稳定。其中竖直向下的预紧力不能对多普勒差分干涉仪面形造成影响。

安装时，为避免压盖与多普勒差分干涉仪的分光棱镜上表面刚性接触，缓解分光棱镜受到的冲击，本实施例的低热传导微应力装夹支撑结构还包括4个橡皮垫，当多普勒差分干涉仪粘接在第一环形凸台面上时，4个橡皮垫分别设置于4个第二环形凸台面与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的上表面之间。

为减小分光棱镜与橡皮垫的接触面积，本实施例的橡皮垫与第二环形凸台的凸台面形状匹配。为了提高多普勒差分干涉仪与底座的粘接可靠性，并防止橡皮垫与多普勒差分干涉仪分离，安装时需要对橡皮垫施加预紧力。

底座是承载多普勒差分干涉仪的主要零部件，和干涉仪下表面通过光学胶进行粘接。多普勒差分干涉仪各光学元件的组成材料不同，各种材料间的热膨胀系数也存在差异，若将其整个下表面与底座进行粘接，温度变化时将在底座与光学元件的粘接面上产生不均匀热膨胀而影响多普勒差分干涉仪面形。因此，本实施例中只对分光棱镜下表面进行粘接固定。分光棱镜采用了K9玻璃材料，为避免温度变化时在粘接面上产生过大的热应力，影响多普勒差分干涉仪的面形精度，底座、第一环形凸台和缓冲层选用和分光棱镜热膨胀系数相近的殷钢材料，材料属性如表1所示。

表1材料属性

Claims (6)

1.一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，包括底座(6)，其特征在于：所述底座(6)的上表面设有n个第一环形凸台(11)，n个第一环形凸台(11)的凸台面用于与多普勒差分干涉仪(2)中分光棱镜的下表面粘接；

还包括压盖(1)，所述压盖(1)通过支撑杆与底座(6)连接，用于对多普勒差分干涉仪(2)分光棱镜的上表面施加预紧力；

所述压盖(1)的下表面设有与第一环形凸台(11)一一对应的n个第二环形凸台；第二环形凸台的凸台面用于与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的上表面接触；

其中n＝4，四个第一环形凸台(11)的凸台面的中心连线为正方形，其中两个对角上的第一环形凸台面的中心连线与分光棱镜的分光面共面；

所述压盖(1)为方形，所述支撑杆包括一个直杆(7)、两个第一斜筋(3)和一个第二斜筋(4)，所述直杆(7)的一端通过螺钉与所述压盖第一角(13)连接，另一端固定在底座(6)上；第二斜筋(4)为“人”字形，其一端通过螺钉与压盖第一角(13)的对角连接，另两端固定在底座(6)上；两个第一斜筋(3)的一端分别通过螺钉连接在与压盖第一角(13)相邻的两个角上，另一端固定在底座(6)上。

2.根据权利要求1所述的一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，其特征在于：还包括n个橡皮垫，当多普勒差分干涉仪的分光棱镜粘接在第一环形凸台(11)面上时，n个橡皮垫分别设置于n个第二环形凸台的凸台面与多普勒差分干涉仪的分光棱镜的上表面之间。

3.根据权利要求2所述的一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，其特征在于：所述橡皮垫与第二环形凸台的凸台面形状匹配。

4.根据权利要求3所述的一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，其特征在于：还包括设置于底座(6)与第一环形凸台(11)之间的缓冲层(12)；底座(6)、第一环形凸台(11)和缓冲层(12)的材料均为殷钢。

5.根据权利要求4所述的一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，其特征在于：还包括位于压盖(1)与支撑杆之间的修切垫(5)。

6.根据权利要求5所述的一种多普勒差分干涉仪的低热传导微应力装夹支撑结构，其特征在于：压盖(1)的上表面设有加强筋；所述底座(6)上设置有对外连接的通孔。

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