CN117571139A - 一种摆臂式迈克尔逊干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆臂式迈克尔逊干涉仪，涉及迈克尔逊干涉仪技术领域，包括用于发射入射光束的激光器与白光灯以及用于分离光束的分束器；还包括两组用于分别接收分离后光束的反射镜；其中，两组所述反射镜通过摆臂固定连接，摆臂与驱动其往复摆动的驱动件连接；本发明在调节两组反射镜的位置时，通过驱动件首先驱动摆臂沿着水平方向摆动，摆臂在运动的过程中可以同步带动两组反射镜实现整体摆动，产生光程差，进而保证两组反射镜一方面可以实现同步匀速运动的效果，另一方面不会出现运动偏差，运动速度更均匀，位移准确。

Description

一种摆臂式迈克尔逊干涉仪

技术领域

本发明涉及迈克尔逊干涉仪技术领域，具体涉及一种摆臂式迈克尔逊干涉仪。

背景技术

迈克尔逊干涉仪是利用一束光线经过半反射镜分为两束光线，分别沿着两条光路传播，然后再次汇合在半反射镜处。当这两束光线相遇时，它们会产生干涉，干涉的结果会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。通过调节其中一条光路的长度，可以改变两束光线的相位差，从而改变干涉条纹的位置和形状。

它可以用于测量光波的波长、微小长度、光源的相干长度，还可以用于研究温度、压力对光传播的影响等。此外，迈克尔逊干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中。

迈克尔逊干涉仪的两面镜子要运动而不是静止的，是为了产生光程差，从而观察到干涉现象。如果镜子是静止的，那么两束光的光程差就不会变化，也就无法观察到干涉条纹的变化。通过让镜子运动，可以改变光程差，从而观察到干涉现象的变化。

现有迈克尔逊干涉仪采用两个垂直的90°的反射镜，控制电机推动镜子匀速运动，产生光程差；两面镜子角度容易有偏差，同时运动位移不均匀，从而导致采样出现偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摆臂式迈克尔逊干涉仪，解决以下技术问题：

现有迈克尔逊干涉仪采用两个垂直的90°的反射镜，控制电机推动镜子匀速运动，产生光程差；两面镜子角度容易有偏差，同时运动位移不均匀，从而导致采样出现偏差。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种摆臂式迈克尔逊干涉仪，包括用于发射入射光束的激光器与白光灯以及用于分离光束的分束器；

还包括两组用于分别接收分离后光束的反射镜；

其中，两组所述反射镜通过摆臂固定连接，摆臂与驱动其往复摆动的驱动件连接。

优选的，所述驱动件包括音圈电机，音圈电机输出端固定布设齿轮，齿轮与可滑动布设的齿条啮合；

其中，所述摆臂与齿条固定。

优选的，还包括控制单元，所述控制单元基于摆臂的位置信息以及速度信息来控制其运动位移均匀。

优选的，所述控制单元包括：

位置反馈模块，所述位置反馈模块基于布设于摆臂一侧的位置传感器来获取其位置信息，以及

速度反馈模块，所述速度反馈模块基于布设于摆臂一侧的速度传感器来获取其速度信息，以及

处理模块，所述处理模块基于获取的位置信息与速度信息计算音圈电机的输出电压大小以驱动摆臂运动。

优选的，所述位置传感器与速度传感器均采用光电传感器，将获取信息反馈至处理模块。

优选的，所述处理模块采用如下公式计算音圈电机的输出电压：

V＝Vjep+P*e(x1)+I*e(x2)+D*e(x3)-S(x4)

其中，P:比例系数、I:积分系数、D：微分系数、e(x1)：比例计算函数、e(x2)：积分计算函数、e(x3)：微分计算函数、S(x4)：弹性函数、Vjep:基准电压值。

优选的，还包括布设于所述分束器一侧的用于接收射出光束的探测器。

优选的，所述探测器为激光探测器以及白光探测器；

优选的，两组所述反射镜采用角反射镜。

本发明的有益效果：

(1)本发明在调节两组反射镜的位置时，通过驱动件首先驱动摆臂沿着水平方向摆动，摆臂在运动的过程中可以同步带动两组反射镜实现整体摆动，产生光程差，进而保证两组反射镜一方面可以实现同步匀速运动的效果，另一方面不会出现运动偏差，运动速度更均匀，位移准确；

(2)本发明采用PID算法，实时反馈速度和位置信息，根据速度快慢调整输出的驱动电压值，速度快了减少输出的驱动电压值，速度慢了加大输出的驱动电压值，位置信息决定速度的大小，在哪个位置，什么速度由所在位置决定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种摆臂式迈克尔逊干涉仪的结构示意图；

图2是本发明一种摆臂式迈克尔逊干涉仪中控制单元的控制流程示意图；

图3是本发明一种摆臂式迈克尔逊干涉仪中处理模块计算流程示意图。

图中：100、激光器；200、分束器；300、反射镜；400、摆臂；500、激光探测器；600、白光探测器；700、白光灯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-图2所示，本发明为一种摆臂式迈克尔逊干涉仪，包括用于发射入射光束的激光器100与白光灯700以及用于分离光束的分束器200；在本实施例的一种实施方式中，对于激光器100的具体型号不加以限定，以满足可以发射激光的需求即可，白光灯700用于发出白光；

还包括两组用于分别接收分离后光束的反射镜300，其中，两组反射镜300通过摆臂400固定连接，摆臂400与驱动其往复摆动的驱动件连接；可以说明的是，本实施例在调节两组反射镜300的位置时，通过驱动件首先驱动摆臂400沿着水平方向摆动，摆臂400在运动的过程中可以同步带动两组反射镜300实现整体摆动，产生光程差，进而保证两组反射镜300一方面可以实现同步匀速运动的效果，另一方面不会出现运动偏差，运动速度更均匀，位移准确。

实施例2

在实施例1的基础上，还包括布设于分束器200一侧用于接收射出光束的探测器；具体的，探测器为激光探测器500以及白光探测器600；

作为本实施例进一步的方案，两组反射镜300采用角反射镜；具体的，角反射镜的作用是使光束发生反射和折转，改变光路方向，使光路布局更加紧凑和灵活，从而减小干涉仪的尺寸；

驱动件包括音圈电机，音圈电机输出端固定布设齿轮，齿轮与可滑动布设的齿条啮合，其中，摆臂400与齿条固定；需要说明的是，在驱动两组反射镜300摆动时，首先启动音圈电机驱动齿轮转动，齿轮在转动的过程中通过与齿条啮合而带动摆臂400同步运动；

作为另一种实施方式，驱动件还可以采用气缸、液压缸或电动伸缩杆等，本实施例对此不加以限定，以能够实现驱动摆臂400沿直线摆动即可；

还包括控制单元，控制单元基于摆臂400的位置信息以及速度信息来控制其运动位移均匀；

具体的，控制单元包括：

位置反馈模块，位置反馈模块基于布设于摆臂400一侧的位置传感器来获取其位置信息；

速度反馈模块，速度反馈模块基于布设于摆臂400一侧的速度传感器来获取其速度信息；

处理模块，处理模块基于获取的位置信息与速度信息计算音圈电机的输出电压大小以驱动摆臂400运动；本实施例中，处理模块为音圈电机的输出电压控制系统；

在本实施方式中，位置传感器与速度传感器均采用光电传感器，将获取信息反馈至处理模块；

处理模块采用如下公式计算音圈电机的输出电压：

V＝Vjep+P*e(x1)+I*e(x2)+D*e(x3)-S(x4)

其中，P:比例系数、I:积分系数、D：微分系数、e(x1)：比例计算函数、e(x2)：积分计算函数、e(x3)：微分计算函数、S(x4)：弹性函数、Vjep:基准电压值；

可以说明的是，输出电压由三个部分决定，基准电压值，速度反馈电压补偿值，位置反馈电压补偿值；其中基准电压值是固定的，是摆臂400处于中间位置的电压值；速度反馈电压补偿值由P*e(x1)、I*e(x2)、D*e(x3)三函数根据速度反馈计算而来；位置反馈电压补偿值S(x4)由硬件的弹性系数计算而来。

本发明的工作原理：通过驱动件首先驱动摆臂400沿着水平方向摆动，摆臂400在运动的过程中可以同步带动两组反射镜300实现整体摆动，产生光程差，在驱动摆臂400运动时，采用PID算法，实时反馈速度和位置信息，根据速度快慢调整输出的驱动电压值，速度快了减少输出的驱动电压值，速度慢了加大输出的驱动电压值，位置信息决定速度的大小，在哪个位置，什么速度由所在位置决定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种摆臂式迈克尔逊干涉仪，包括用于发射入射光束的激光器(100)与白光灯(700)以及用于分离光束的分束器(200)；

其特征在于，还包括两组用于分别接收分离后光束的反射镜(300)；

其中，两组所述反射镜(300)通过摆臂(400)固定连接，摆臂(400)与驱动其往复摆动的驱动件连接。

2.根据权利要求1所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，所述驱动件包括音圈电机，音圈电机输出端固定布设齿轮，齿轮与可滑动布设的齿条啮合；

其中，所述摆臂(400)与齿条固定。

3.根据权利要求1所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元基于摆臂(400)的位置信息以及速度信息来控制其运动位移均匀。

4.根据权利要求3所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，所述控制单元包括：

位置反馈模块，所述位置反馈模块基于布设于摆臂(400)一侧的位置传感器来获取其位置信息，以及

速度反馈模块，所述速度反馈模块基于布设于摆臂(400)一侧的速度传感器来获取其速度信息，以及

处理模块，所述处理模块基于获取的位置信息与速度信息计算音圈电机的输出电压大小以驱动摆臂(400)运动。

5.根据权利要求4所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，所述位置传感器与速度传感器均采用光电传感器，将获取信息反馈至处理模块。

6.根据权利要求5所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，所述处理模块采用如下公式计算音圈电机的输出电压：

V＝Vjep+P*e(x1)+I*e(x2)+D*e(x3)-S(x4)

其中，P:比例系数、I:积分系数、D：微分系数、e(x1)：比例计算函数、e(x2)：积分计算函数、e(x3)：微分计算函数、S(x4)：弹性函数、Vjep:基准电压值。

7.根据权利要求1所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，还包括布设于所述分束器(200)一侧的用于接收射出光束的探测器。

8.根据权利要求7所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，所述探测器为激光探测器(500)以及白光探测器(600)。

9.根据权利要求1所述的一种摆臂式迈克尔逊干涉仪,其特征在于，两组所述反射镜(300)采用角反射镜。