CN117168311B - 一种一维相对运动测量及监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学测量的技术领域，具体涉及一种一维相对运动测量及监测系统，包括：激光器、对激光器的光路进行分光的分棱镜、隔振平台及安装于隔振平台上的干涉测量装置；干涉测量装置包括安装于隔振平台上的微晶玻璃平板、连接分棱镜的光路的干涉镜头、用于对透过干涉镜头的光路进行反射的高反射镜、用于对高反射镜进行位姿调整的位姿调整机构；干涉测量装置还包括微晶固定板及透明玻璃罩，高反射镜通过位姿调整机构安装于微晶固定板，干涉镜头、微晶固定板及透明玻璃罩均安装于微晶玻璃平板上。因此，本发明的一种一维相对运动测量及监测系统可以在相对宽松的环境进行精密的一维相对运动测量，同时降低了测量成本。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量的技术领域，具体提供一种一维相对运动测量及监测系统。
背景技术
一维纳米量级测量精度对测试环境要求相对苛刻，测试环境的温度变化、测试平台的振动均将对测试结果产生较大的影响。并且，将整个测试空间温度变化值控制在极小范围内的代价较大，长时间、宽频段抑制平台振动的难度较大，现有技术的纳米级测量成本高，且无法在相对宽松的测试环境下实现一维精密测量及监测。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种一维相对运动测量及监测系统。
本发明提供的一种一维相对运动测量及监测系统，具体包括：
激光器、对所述激光器的光路进行分光的分棱镜、隔振平台及安装于所述隔振平台上的干涉测量装置；
所述干涉测量装置包括安装于所述隔振平台上的微晶玻璃平板、连接所述分棱镜的光路的干涉镜头、用于对透过所述干涉镜头的光路进行反射的高反射镜、用于对所述高反射镜进行位姿调整的位姿调整机构；
所述干涉测量装置还包括微晶固定板及透明玻璃罩，所述高反射镜通过所述位姿调整机构安装于所述微晶固定板，所述干涉镜头、所述微晶固定板及所述透明玻璃罩均安装于所述微晶玻璃平板上。
优选的，所述分棱镜为三个，分别为1/3分光棱镜、1/2分光棱镜及全反射镜；所述1/3分光棱镜连接所述激光器的光路，所述1/2分光棱镜连接所述1/3分光棱镜的分光光路，所述全反射镜连接所述1/2分光棱镜的分光光路；
所述干涉镜头为三个，分别为第一干涉镜头、第二干涉镜头及第三干涉镜头，且分别对应所述1/3分光棱镜、所述1/2分光棱镜及所述全反射镜的透光光路；
所述高反射镜为三个，分别为第一高反射镜、第二高反射镜及第三高反射镜，且分别对应所述第一干涉镜头、所述第二干涉镜头及所述第三干涉镜头的透光光路，所述第一高反射镜及所述第三高反射镜的位置相对于所述第二高反射镜对称；
所述位姿调整机构为三个，分别为用于调节所述第一高反射镜的水平位移的第一位姿调整机构、用于调节所述第二高反射镜的二维倾斜调整架及用于调节所述第三高反射镜的水平位移的第二位姿调整机构；
所述第一位姿调整机构、所述二维倾斜调整架及所述第二位姿调整机构均安装于所述微晶固定板；
所述第一高反射镜反射回所述第一干涉镜的光路距离数据集为，所述第二高反射镜反射回所述第二干涉镜的光路距离数据集为/>，所述第三高反射镜反射回所述第三干涉镜的光路距离为数据集/>；
所述第一干涉镜和所述第三干涉镜的轴向相对位姿变化量为：；
所述第一位姿调整机构及所述第二位姿调整机构根据所述轴向相对位姿变化量调整所述第一高反射镜及所述第三高反射镜的轴向位置。
优选的，还包括第一拼接子镜及第二拼接第二子镜，所述第一高反射镜通过所述第一拼接子镜安装于所述第一位姿调整机构，所述第三高反射镜通过所述第二拼接子镜安装于所述第二位姿调整机构；所述第一拼接子镜及所述第二拼接子镜相对于所述第二高光反射镜对称。
优选的，所述第一高反射镜安装于所述第一拼接子镜的边缘，所述第三高反射镜安装于所述第二拼接子镜的边缘。
优选的，所述第一干涉镜头、所述第二干涉镜头及所述第三干涉镜头均通过微晶块安装于所述微晶玻璃平板上。
优选的，所述隔振平台为气浮隔振平台。
优选的，所述微晶固定块的侧面粘贴安装于所述微晶玻璃平板上。
优选的，所述透明玻璃罩设有与所述1/3分光棱镜、所述1/2分光棱镜及所述全反射镜的透光光路对应的窗口，所述窗口为圆形，所述窗口内均设有平行平晶微晶柱。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明提供了一种一维相对运动测量及监测系统，其包括：激光器、对所述激光器的光路进行分光的分棱镜、隔振平台及安装于所述隔振平台上的干涉测量装置；所述干涉测量装置包括安装于所述隔振平台上的微晶玻璃平板、连接所述分棱镜的光路的干涉镜头、用于对透过所述干涉镜头的光路进行反射的高反射镜、用于对所述高反射镜进行位姿调整的位姿调整机构；所述干涉测量装置还包括微晶固定板及透明玻璃罩，所述高反射镜通过所述位姿调整机构安装于所述微晶固定板，所述干涉镜头、所述微晶固定板及所述透明玻璃罩均安装于所述微晶玻璃平板上。因此，本发明的一维相对运动测量及监测系统，通过将安装有干涉测量装置的微晶玻璃平板安装于隔振平台上，降低了环境震动对测量精度的影响，而微晶玻璃平板可以降低环境温度对测量精度的影响。所以，本发明的一种一维相对运动测量及监测系统可以在相对宽松的环境进行精密的一维相对运动测量，同时降低了测量成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种一维相对运动测量及监测系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的一种一维相对运动测量及监测系统的部分结构示意图。
其中的附图标记包括：
1-激光器；2-分棱镜；21-1/3分光棱镜；22-1/2分光棱镜；23-全反射镜；3-干涉测量装置；31-第一干涉镜头；32-第二干涉镜头；33-第三干涉镜头；34-第一高反射镜；35-第二高反射镜；36-第三高反射镜；37-第一位姿调整机构；38-二维倾斜调整架；39-第二位姿调整机构；4-微晶固定板；5-微晶玻璃平板；6-透明玻璃罩；7-第一拼接子镜；8-第二拼接子镜。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
实施例1
一种一维相对运动测量及监测系统，请参阅图1-2，其包括：激光器1、对所述激光器1的光路进行分光的分棱镜2、隔振平台（图中未示出）及安装于所述隔振平台上的干涉测量装置3；
所述干涉测量装置3包括安装于所述隔振平台上的微晶玻璃平板5、连接所述分棱镜2的光路的干涉镜头、用于对透过所述干涉镜头的光路进行反射的高反射镜、用于对所述高反射镜进行位姿调整的位姿调整机构；
所述干涉测量装置3还包括微晶固定板4及透明玻璃罩6，所述高反射镜通过所述位姿调整机构安装于所述微晶固定板4，所述干涉镜头、所述微晶固定板4及所述透明玻璃罩6均安装于所述微晶玻璃平板5上。
上述，是指激光器1输出激光光路，分棱镜2对激光光路进行分光，经过分棱镜2分光后的光路，进入到干涉测量装置3。而干涉测量装置3安装于隔振平台上，可以理解的是，隔振平台降低了外界振动对干涉测量装置3的影响，增加了干涉测量装置3的测量精度。
进一步地，干涉测量装置3包括了微晶玻璃平板5、干涉镜头、高反射镜及位姿调整机构，微晶玻璃平板5安装于隔振平台上，而在微晶玻璃平板5上，放置安装有干涉镜头、高反射镜、微晶固定板4及位姿调整机构。具体地，干涉镜头连接分棱镜2的光路，高反射镜连接干涉镜头的光路，可以理解地，高反射镜再将光路反射回干涉镜头，并记录该反射距离。位姿调整机构根据该反射距离，调整高反射镜的位置。
进一步地，高反射镜安装于位姿调整机构上，位姿调整机构安装于微晶固定板4上，微晶固定板4安装于微晶玻璃平板5上，透明玻璃罩6安装于微晶玻璃平板5上，可以理解的是，透明玻璃罩6将干涉测量装置3罩于透明玻璃罩6内，以阻隔外界空气及振动。并且，由于微晶玻璃平板5及微晶固定板4的低膨胀特性，微晶材料膨胀系数优于0.03×10-6摄氏度，可以降低环境温度变化对测量精度的影响，即降低了温度变化导致测量装置形变的影响。
因此，本是实施例的一维相对运动测量及监测系统，可以在相对宽松的环境进行精密的一维相对运动测量，同时降低了测量成本。
实施例2
优选的，请参阅图1-2，所述分棱镜2为三个，分别为1/3分光棱镜21、1/2分光棱镜22及全反射镜23；所述1/3分光棱镜21连接所述激光器1的光路，所述1/2分光棱镜22连接所述1/3分光棱镜21的分光光路，所述全反射镜23连接所述1/2分光棱镜22的分光光路；
所述干涉镜头为三个，分别为第一干涉镜头31、第二干涉镜头32及第三干涉镜头33，且分别对应所述1/3分光棱镜21、所述1/2分光棱镜22及所述全反射镜23的透光光路；
所述高反射镜为三个，分别为第一高反射镜34、第二高反射镜35及第三高反射镜36，且分别对应所述第一干涉镜头31、所述第二干涉镜头32及所述第三干涉镜头33的透光光路，所述第一高反射镜34及所述第三高反射镜36的位置相对于所述第二高反射镜35对称；
所述位姿调整机构为三个，分别为用于调节所述第一高反射镜34的水平位移的第一位姿调整机构37、用于调节所述第二高反射镜35的二维倾斜调整架38及用于调节所述第三高反射镜36的水平位移的第二位姿调整机构39；
所述第一位姿调整机构37、所述二维倾斜调整架38及所述第二位姿调整机构39均安装于所述微晶固定板4；
所述第一高反射镜34反射回所述第一干涉镜的光路距离数据集为，所述第二高反射镜35反射回所述第二干涉镜的光路距离数据集为/>，所述第三高反射镜36反射回所述第三干涉镜的光路距离为数据集/>；
所述第一干涉镜和所述第三干涉镜的轴向相对位姿变化量为：；
所述第一位姿调整机构37及所述第二位姿调整机构39根据所述轴向相对位姿变化量调整所述第一高反射镜34及所述第三高反射镜36的轴向位置。
上述，是指分棱镜2为三个，1/3分光棱镜21连接激光器1的光路，1/2分光棱镜22连接1/3分光棱镜21的分光光路，全反射镜23连接1/2分光棱镜22的分光光路，进一步地，第一干涉镜头31连接1/3分光棱镜21的透光光路，如图1-2的A通道；第二干涉镜头32连接1/2分光棱镜22的透光光路，如图1-2的B通道；第三干涉镜头33连接全反射镜23的透光光路，如图1-2的C通道；高反射镜也为三个，分别为第一高反射镜34、第二高反射镜35、第三高反射镜36，第一高反射镜34连接第一干涉镜头31的光路，第二高反射镜35连接第二干涉镜头32的光路，第三高反射镜36连接第三干涉镜头33的光路。
此外，位姿调整机构也为三个，第一位姿调整机构37调节第一高反射镜34的一维水平位置，第二位姿调整机构39调节第三高反射镜36的一维水平位置，二维倾斜调整架38用于调节第二高反光镜的位置，第一位姿调整机构37及第二位姿调整机构39为一维运动方向的位姿调整机构，并且平行于微晶玻璃平板5但不接触，即第一位姿调整机构37及第二位姿调整机构39分别沿水平方向调节第一高反射镜34及第三高反射镜36的位置，进一步地，第一位姿调整机构37及第二位姿调整机构39分别沿干涉镜头的光路方向一维水平调节第一高反射镜34及第三高反射镜36的位置。二维倾斜调整架38用于调节第二高反射镜35除绕光轴旋转外的两个维度。
进一步地，第一位姿调整机构37及第二位姿调整机构39，均通过公式来调节第一高反射镜34及第三高反射镜36的一维位置，在本实施例中，第一高反射镜34反射回第一干涉镜的光路距离数据集为/>，第二高反射镜35反射回第二干涉镜的光路距离数据集为/>，第三高反射镜36反射回第三干涉镜的光路距离为数据集/>。因此，用三通道差分的数据处理方案，基于公共基准，通过调节第一高反射镜34及第三高反射镜36的相对位置，可以降低平台振动等环境因素对相对位置测量精度的影响。
优选的，还包括第一拼接子镜7及第二拼接第二子镜，所述第一高反射镜34通过所述第一拼接子镜7安装于所述第一位姿调整机构37，所述第三高反射镜36通过所述第二拼接子镜8安装于所述第二位姿调整机构39；所述第一拼接子镜7及所述第二拼接子镜8相对于所述第二高光反射镜对称。
优选的，所述第一高反射镜34安装于所述第一拼接子镜7的边缘，所述第三高反射镜36安装于所述第二拼接子镜8的边缘。
上述，是指在本实施例中，还包括第一拼接子镜7及第二拼接子镜8，第一高反射镜34安装于第一拼接子镜7的边缘，第三高反射镜36安装于第二拼接子镜8的边缘，第一拼接子镜7安装于第一位姿调整机构37，第二拼接子镜8安装于第二位姿调整机构39。需要进一步说明的是，主镜采用“拼接式”的结构形式是大口径空间望远镜发展的重要方向之一。为使“拼接式”空间望远镜与等同口径的“整体式”空间望远镜具有相同的成像质量，拼接式子镜在轨展开或组装后，不同子镜之间的共面度需要达到纳米量级。为保证不同拼接式子镜之间具有纳米量级的共面度，相邻子镜间的Piston（轴向）误差应控制在纳米量级，为满足这一应用条件，让拼接式子镜配备位姿调整机构，该调整机构能够实现子镜轴向纳米量级调整。为了保证在轨应用的可靠性及稳定性，需要地面监测子镜在轴向的促动精度及长时间稳定性。因此，通过第一位姿调整机构37及第二位姿调整机构39分别对第一拼接子镜7及第二拼接子镜8进行一维位置调节，可以长时间监测及验证其精度及稳定性。
进一步地，第一拼接子镜7及第二拼接子镜8的安装位置相对于第二高反射镜35对称安装，第一高反射镜34及第三高反射镜36的安装位置相对于第二高反射镜35对称安装。
优选的，所述第一干涉镜头31、所述第二干涉镜头32及所述第三干涉镜头33均通过微晶块安装于所述微晶玻璃平板5上。
优选的，所述隔振平台为气浮隔振平台。
优选的，所述微晶固定板的侧面粘贴安装于所述微晶玻璃平板5上。
优选的，所述透明玻璃罩6设有与所述1/3分光棱镜21、所述1/2分光棱镜22及所述全反射镜23的透光光路对应的窗口（图中未示出），所述窗口为圆形，所述窗口内均设有平行平晶微晶柱（图中未示出）。
上述，平行平晶微晶柱的外径与圆形窗口的圆孔内径一致，平行平晶微晶柱的前后表面平行度优于1秒，透明塑料罩置于微晶玻璃平板5上。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，包括：激光器、对所述激光器的光路进行分光的分棱镜、隔振平台及安装于所述隔振平台上的干涉测量装置；
所述干涉测量装置包括安装于所述隔振平台上的微晶玻璃平板、连接所述分棱镜的光路的干涉镜头、用于对透过所述干涉镜头的光路进行反射的高反射镜、用于对所述高反射镜进行位姿调整的位姿调整机构；
所述干涉测量装置还包括微晶固定板及透明玻璃罩，所述高反射镜通过所述位姿调整机构安装于所述微晶固定板，所述干涉镜头、所述微晶固定板及所述透明玻璃罩均安装于所述微晶玻璃平板上；
所述分棱镜为三个，分别为1/3分光棱镜、1/2分光棱镜及全反射镜；所述1/3分光棱镜连接所述激光器的光路，所述1/2分光棱镜连接所述1/3分光棱镜的分光光路，所述全反射镜连接所述1/2分光棱镜的分光光路；
所述干涉镜头为三个，分别为第一干涉镜头、第二干涉镜头及第三干涉镜头，且分别对应所述1/3分光棱镜、所述1/2分光棱镜及所述全反射镜的透光光路；
所述高反射镜为三个，分别为第一高反射镜、第二高反射镜及第三高反射镜，且分别对应所述第一干涉镜头、所述第二干涉镜头及所述第三干涉镜头的透光光路，所述第一高反射镜及所述第三高反射镜的位置相对于所述第二高反射镜对称；
所述位姿调整机构为三个，分别为用于调节所述第一高反射镜的水平位移的第一位姿调整机构、用于调节所述第二高反射镜的二维倾斜调整架及用于调节所述第三高反射镜的水平位移的第二位姿调整机构；
所述第一位姿调整机构、所述二维倾斜调整架及所述第二位姿调整机构均安装于所述微晶固定板；
所述第一高反射镜反射回所述第一干涉镜的光路距离数据集为，所述第二高反射镜反射回所述第二干涉镜的光路距离数据集为/>，所述第三高反射镜反射回所述第三干涉镜的光路距离为数据集/>；
所述第一干涉镜和所述第三干涉镜的轴向相对位姿变化量为：；
所述第一位姿调整机构及所述第二位姿调整机构根据所述轴向相对位姿变化量调整所述第一高反射镜及所述第三高反射镜的轴向位置。
2.根据权利要求1所述的一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，还包括第一拼接子镜及第二拼接第二子镜，所述第一高反射镜通过所述第一拼接子镜安装于所述第一位姿调整机构，所述第三高反射镜通过所述第二拼接子镜安装于所述第二位姿调整机构；所述第一拼接子镜及所述第二拼接子镜相对于所述第二高光反射镜对称。
3.根据权利要求2所述的一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，所述第一高反射镜安装于所述第一拼接子镜的边缘，所述第三高反射镜安装于所述第二拼接子镜的边缘。
4.根据权利要求1所述的一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，所述第一干涉镜头、所述第二干涉镜头及所述第三干涉镜头均通过微晶块安装于所述微晶玻璃平板上。
5.根据权利要求1所述的一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，所述隔振平台为气浮隔振平台。
6.根据权利要求1所述的一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，所述微晶固定板的侧面粘贴安装于所述微晶玻璃平板上。
7.根据权利要求1所述的一维相对运动测量及监测系统，其特征在于，所述透明玻璃罩设有与所述1/3分光棱镜、所述1/2分光棱镜及所述全反射镜的透光光路对应的窗口，所述窗口为圆形，所述窗口内均设有平行平晶微晶柱。
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