CN114113662A - 一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构 - Google Patents

一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学工程领域，提供了一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，旨在解决传统长波红外低温光机结构因不同元件材料低温热膨胀系数不匹配，在温度载荷变化时发生安装预紧力的改变，进而造成结构组件位置改变，使干涉条纹产生倾斜、调制度下降，最终影响光学系统成像质量和稳定性的问题。本发明包括长波红外干涉仪支架、光栅压板、光栅压板固定件。光栅压板内部安装光栅元件，光栅压板与干涉仪支架结构紧密贴合连接，通过光栅压板固定件的柔性压块进行轴向定位压紧，保证低温状态下光栅压板基准结构始终与干涉仪支架紧密贴合，提供可靠有效的安装，具有结构简单，加工、装配方便的优点。

Description

一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构
技术领域
本发明涉及一种低温柔性安装光机结构，具体涉及一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构。
背景技术
长波红外多普勒差分干涉仪应用于大气风场的被动探测领域。多普勒差分干涉技术基于多普勒频移原理，研究大气谱线频移与大气运动速度的关系，通过对干涉图相位的测量，计算反演出大气风场的状态。在光学工程领域，尤其是长波红外多普勒差分干涉仪光机系统对环境状态十分敏感，为了降低热背景辐射对系统的影响，需对长波红外多普勒差分干涉仪光机系统进行整体降温并进行辐射抑制和隔热处理，保证光机系统工作的稳定性。
低温长波红外系统中的光机元件会因热膨胀系数不匹配造成不同步的热变形，产生热应力，导致光学元件发生刚体位移、光学表面面形变化等，甚至还会热应力过大造成光学系统破坏，严重影响系统正常运行，同时温度载荷产生的热辐射也会对光学系统的性能产生较大影响。
温度载荷波动影响下的高热稳定性和微应力支撑结构是保证长波红外光学系统正常工作的关键技术。目前针对长波红外160K左右低温环境高稳定性安装结构的研究不多，很多结构较为复杂、且无法很好控制温度变化前后干涉仪各组件连接安装位置连接预紧力的变化，导致元件位置发生改变，进而长波红外干涉仪系统产生干涉条纹倾斜、条纹弯曲，调制度降低等问题，影响系统性能。
发明内容
本发明提供了一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，解决了由于各零件热膨胀系数不匹配造成的光栅元件位置变化，导致干涉条纹产生倾斜、调制度下降的问题。
本发明所提供的技术方案如下
一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，包括干涉仪支架、光栅压板、光栅压板固定件；其特殊之处在于：
所述光栅压板前表面设置有多个凸台安装面；
所述光栅压板固定件为矩形环状结构，其内环表面四周各设有安装定位凸面；
所述光栅压板固定件内部对应于所述多个凸台安装面位置分别设置有柔性压块；柔性压块具有光轴方向的补偿作用。
所述光栅压板固定件前表面对应于柔性压块的位置开设有用于垫片进出的凹槽；
光栅压板嵌入光栅压板固定件内且光栅压板周边与安装定位凸面贴合，光栅压板的后表面与所述柔性压块紧密贴合；
光栅压板固定件固定在干涉仪支架上，且所述凸台安装面与干涉仪支架紧密贴合。
进一步地，所述光栅压板上的凸台安装面与干涉仪支架之间设置有垫片。
进一步地，所述光栅压板固定件设置有用于改善平面度的多个机械修切凸台。
进一步地，相邻的所述安装定位面间垂直度优于0.01mm，相对的所述安装定位面间平行度优于0.01mm。
进一步地，所述柔性压块前表面距光栅压板固定件前表面的距离小于光栅压板的厚度0.05～0.1mm。
进一步地，所述柔性压块前表面与光栅压板固定件前表面平行度优于0.02mm。
进一步地，所述光栅压板和光栅压板固定件均为铝合金材料。
进一步地，安装过程具体如下：
步骤1：将光栅压板嵌入光栅压板固定件中，使得光栅压板外周面与光栅压板固定件的安装定位凸面紧密贴合；柔性压块与光栅压板后表面贴合；光栅压板和光栅压板固定件两者构成一个整体结构；
步骤2：将所述整体结构通过螺钉固定在干涉仪支架上，若光栅压板固定件产生倾斜，则对机械修切凸台进行修切，使得光栅压板固定件与干涉仪支架紧密贴合且整体无倾斜；
步骤3：对长波红外多普勒差分干涉仪系统光路进行调试，观察干涉条纹是否竖直、调制度满足要求，根据实时条纹状态调整凸台安装面与干涉仪支架间垫片的厚度，优化光栅压板安装的方位和俯仰参数，待干涉条纹满足光学指标要求，固定好光栅压板固定件，完成光栅安装。
本发明的有益效果具体如下：
1.本发明中的柔性安装结构，减小了温度载荷对光栅压板结构的影响
光栅压板固定件为柔性结构，与光栅压板非刚性连接，不会使光栅压板产生多余变形和多余应力，保证光栅元件的面形精度；
2.能够始终保证光栅压板连接安装的预紧力，控制其位置精度
本发明通过柔性压块对光栅压板持续动态压紧，保证光栅压板在温度降低过程中始终保持与干涉仪支架配合面紧密贴合，减小因连接组件热膨胀系数不匹配造成的光栅压板定位不牢靠，保证光栅压板位置偏移最小；
3.结构简单，安装调整方便，对装配工艺要求较低
本发明结构简单，几乎没有附属零件，安装、调整方便，便于干涉仪光栅组件的安装和测试。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中的光栅压板固定件前表面结构示意图；
图3为本发明中的光栅压板固定件后表面结构示意图；
图4为本发明中的光栅压板示意图；
图5为本实施例中的光栅组件安装完成后光栅背部正视示意图；
图6为图5沿A-A位置的剖视图，即光栅压板固定件轴向压紧光栅压板示意图；
图7为图6的局部放大示意图；
图8为本实施例中的光栅压板固定件径向固定光栅压板示意图。
其中：
1-干涉仪支架、2-光栅压板、21-凸台安装面、3-光栅压板固定件、31-凹槽、32-机械修切凸台、33-安装定位凸面、34-柔性压块
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明所提供的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，包括干涉仪支架1、光栅压板2、光栅压板固定件3。光栅压板2、光栅压板固定件3材料均为铝合金。如图4所示，光栅压板2内部安装光栅元件，光栅压板2前表面设有三个凸台安装面21，凸台安装面21均位于光栅压板2表面边缘；光栅压板2安装到干涉仪支架1时，凸台安装面21与干涉仪支架1的配合面紧密贴合，保证光栅元件位置精度。
光栅压板固定件3内部径向四周中间位置各设有一个安装定位凸面33；光栅压板固定件3内部沿光轴方向还设有三处柔性压块34，柔性压块34的位置与光栅压板2的凸台安装面21一一相对应；光栅压板固定件3前表面与凸台安装面21对应位置设置有凹槽31，光栅组件安装过程中通过凹槽31在光栅压板2与干涉仪支架1之间设置有垫片，通过调整垫片的厚度调整光栅压板2的方位、俯仰角度，保证光栅位置精准；光栅压板固定件3边缘四角设有安装通孔，安装通孔用于光栅压板固定件3与干涉仪支架1连接固定，安装通孔与干涉仪支架1接触位置设有机械修切凸台32，安装时可根据光栅安装角度改变机械修切凸台32的厚度，使光栅压板固定件3能够稳固可靠的安装在干涉仪支架1上，机械修切凸台32与柔性压块34的前表面保证平行度优于0.02mm，最终确保光栅安装位置精准。
对四个机械修切凸台32进行修切，是为了安装时光栅压板固定件3能够稳固可靠的安装在干涉仪支架1上，不会因四个机械修切凸台32不共面造成光栅压板固定件3结构变形，同时机械修切凸台32与柔性压块34有平行度要求是保证柔性压块34对光栅压板2的压紧力分布均匀，使得光栅压板2能紧密贴合干涉仪支架1。
光栅压板固定件3内部径向设置的安装定位凸面33间中，相邻的安装定位凸面33间垂直度优于0.01mm，相对的所述安装定位凸面33间平行度优于0.01mm。
柔性压块34前表面距光栅压板固定件3前表面的距离小于光栅压板2的厚度0.05～0.1mm。
光栅压板2的厚度具体指光栅压板2后表面到光栅压板2前表面的凸台安装面21的距离，即实际安装时柔性压块34前表面与干涉仪支架1之间所夹结构的厚度。
装配过程具体如下：
步骤1：将光栅压板2嵌入光栅压板固定件3中，使得光栅压板2外周面与光栅压板固定件3的安装定位凸面33紧密贴合，保证其径向定位基准统一；柔性压块34压紧贴合光栅压板2后表面，保证光栅压板2的位置精度；光栅压板2和光栅压板固定件3两者构成一个整体结构；
步骤2：所述整体结构通过螺钉固定在干涉仪支架1上，若光栅压板固定件3产生倾斜，则对相应位置的机械修切凸台32进行修切，使得光栅压板固定件3与干涉仪支架1紧密贴合、整体无倾斜；
步骤3：对长波红外多普勒差分干涉仪系统光路进行调试，观察干涉条纹是否竖直、调制度满足要求，根据实时条纹状态调整光栅压板2上的凸台安装面21与干涉仪支架1之间垫片的厚度，优化光栅压板2安装的方位和俯仰参数，待干涉条纹满足光学指标要求，固定好光栅压板固定件3，完成光栅安装。
本发明通过柔性压紧结构可有效减少甚至消除光栅组件在低温温度载荷作用下由于预紧力变化产生的方位、俯仰变化，使长波红外多普勒差分干涉仪干涉图的不产生倾斜和调制度下降的问题，保证光机系统低温稳定性。
本发明设计出了一套铝合金材料制成的动态压紧、高热稳定性的低温安装结构，实现零件单一、结构简单、加工安装方便的要求，有效提高低温光机系统热稳定性，提升系统低温光学性能。

Claims (8)

1.一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，包括干涉仪支架(1)、光栅压板(2)、光栅压板固定件(3)；其特征在于：
所述光栅压板(2)前表面设置有多个凸台安装面(21)；
所述光栅压板固定件(3)为矩形环状结构，其内环表面四周各设有安装定位凸面(33)；
所述光栅压板固定件(3)内部对应于所述多个凸台安装面(21)位置分别设置有柔性压块(34)；
所述光栅压板固定件(3)前表面对应于柔性压块(34)的位置开设有用于垫片进出的凹槽(31)；
光栅压板(2)嵌入光栅压板固定件(3)内且光栅压板(2)周边与安装定位凸面(33)贴合，光栅压板(2)的后表面与所述柔性压块(34)紧密贴合；
光栅压板固定件(3)固定在干涉仪支架(1)上，且所述凸台安装面(21)与干涉仪支架(1)紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：所述光栅压板(2)上的凸台安装面(21)与干涉仪支架(1)之间设置有垫片。
3.根据权利要求2所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：所述光栅压板固定件(3)设置有用于改善平面度的多个机械修切凸台(32)。
4.根据权利要求3所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：相邻的所述安装定位凸面(33)间垂直度优于0.01mm，相对的所述安装定位凸面(33)间平行度优于0.01mm。
5.根据权利要求4所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：所述柔性压块(34)前表面距光栅压板固定件(3)前表面的距离小于光栅压板(2)的厚度0.05～0.1mm。
6.根据权利要求5所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：所述柔性压块(34)的前表面与光栅压板固定件(3)前表面平行度优于0.02mm。
7.根据权利要求6所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：所述光栅压板(2)和光栅压板固定件(3)均为铝合金材料。
8.根据权利要求3-6任一所述的一种长波红外多普勒差分干涉仪光栅组件低温安装结构，其特征在于：安装过程具体如下
步骤1：将光栅压板(2)嵌入光栅压板固定件(3)中，使得光栅压板(2)外周面与光栅压板固定件(3)的安装定位凸面(33)紧密贴合；柔性压块(34)与光栅压板(2)后表面贴合；光栅压板(2)和光栅压板固定件(3)两者构成一个整体结构；
步骤2：将所述整体结构通过螺钉固定在干涉仪支架(1)上，若光栅压板固定件(3)产生倾斜，则对机械修切凸台(32)进行修切，使得光栅压板固定件(3)与干涉仪支架(1)紧密贴合且整体无倾斜；
步骤3：对长波红外多普勒差分干涉仪系统光路进行调试，观察干涉条纹是否竖直、调制度满足要求，根据实时条纹状态调整凸台安装面(21)与干涉仪支架(1)间垫片的厚度，优化光栅压板(2)安装的方位和俯仰参数，待干涉条纹满足光学指标要求，固定好光栅压板固定件(3)，完成光栅安装。
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