SU746403A1 - Привод подвижного зеркала интерферометра - Google Patents

Description

(54) ПРИВОД ПОДВИЖНОГО ЗЕРКАЛА ИНТЕРФЕРОМЕТРА

Изобретение относитс  к след щим системам с обратной св зью, и может быть применено дл  плоско-параллельного перемещени  и точного позицио- j нировани  подвижного зеркала интерферометра .

Позиционирование деталей с точностью выше 0,1 мкм, которое необходимою дл  обеспечени  работоспособности таких приборов, как лазеры, интерферометры Фабри-Перо, двухлучевые интерферометры , очень трудно обеспечить пассивными средствами за счет ста- .5 бильных геометрических размеров, особенно в услови х вибраций. Эта задача особенно усложн етс , если точное позиционирование необходимо осуществл ть на больше рассто нии 20 при каждом шаге перемещени  подвижной детали.

Така  задача возникает в Фурьеспектрометрии , когда подвижный отражатель должен перемещатьс  строго 25 плоско-параллельно с минимальным , шагомМ2.к,и позиционироватьс  с точностью Л/2ОК.,

где Л - наименьша  длина волны в исследуемом излучении; ЗО

К- коэффициент, завис щий от конструкции прибора, обычно К - 2,4.

Полное перемещение зеркала зависит от разрешени  прибора и может составл ть в современных приборах 1-2 м.

Известно электромагнитное устройство с магнитным перемещением, содержащее подвижной сердечник, вокруг которого намотана,катушка управлени , пересекающа  магнитное поле в пр   олинейном воздушном зазоре, образованном внутренним и внешним параллель ными полюсными элементами противоположной пол рности 1. Дл  обеспечени  продольного перемещени  сердечник поддерживаетс  подшипниками и спиральной пружиной.

Устройство предназначено дл  небольших линейных перемещений, однако оно не обеспечивает достаточной точности перемещени  и позиционировани , особенно в услови х вибрации.

Достаточна  точность позиционировани  может быть обеспечена устройством ,  вл ющимс  наиболее близким к изобретению 2. Привод подвижного зеркала интерферометра разделен на два канала: грубый, перемещающий каретку, на которой закреплен подвижный отражатель ( кошачий глаз ) и точный, осуществл ющий перемеще . ние малого зеркала, кошачьего гла . 3 а , либо . вспомогательного зеркала, введенного в одно из плеч интерфеР метра . Точный канал выполнен пьёзоэлементах. Сигнал рассогласовани  (разность между фактическим поло 1сёниём зеркала и заданным) поступает параллельно на грубый и точный каната лы S Момент стабилизации оптической разности хода. Устройство имеет сложную конструк цию: грубый канал регулировани  выполнен в видэ линейного двигател , перемещение каретки которого происходит на масл ной подушке, точный ка нал регулировани  выполнен на пьезо элементах, дл  работы е.гб требуетс  высокое (пор дка нескольких киловольт ) напр жение. Это вызывает трудности в управлении, особенно в услови х вакуумировани , так как это часто требуетс  дл  Фурье-спектромет ров. Дл  демпфировани  точного канал используетс  силиконовое масло, что приводит к сильной зависимости степе ни демпфировани  от температуры. Кроме того, устройство имеет низкое общее быстродействие, обусловлен ное большой массой привода, а также тем, что быстродействие точного канала не используетс  дл  быстрого пе Пе)ем1е14ений, так как все ззрёмённыё парамётры опредёл ютС  работой грубого привода. Целью изобретени   вл етс  упроще конструкции и повышение быстродействи  устройства. Это достигаетс  тем/ что устройст во содержит пороговый элемент и закрепленный внутри корпуса полый цилиндр , внутри которого расположено подвижное зеркало интерферометра, а на периферийных у«1астках)1ИлиндриЧёской поверхноЬти установлены посто  нные магниты и вход щие в их зазоры 1с1Щ Жа  катушка и катушка обратной св зи, соединенные между собой через усТ1лИтел ь цепи обратной св зи и сум мирующий усилитель, выход которого через пороговый элемент прдкллочен к у гюд йжной к НИИ на ней корпусом полого цилиндра. С целью повышени  точности позици ЬЙЙ1 Ьванй  полый цилиндр подвешен внутри корпуса на гибких элементах - диафрагмах. ;.. На фиг. 1 изображ1ена схема предУ л:агаемого привода j на фиг. 2 - конструкци  магнитоэлектрической головки . Предлагаемый привод содерю т 1п8йвйжн6ё зеркало Г,1свётодёлител ь 2 точный канал регулировани , мдгнито элёкт рй чёскую головку 3, обесНёчИвающую точное регулирование положени  034 подвижного эеркала 4, и привод подвижной каретки - электродвигатель 5, обеспечивающий грубое регулирование положени , подвижного зеркала 4. Выходной сигнал интерферометра, поступающий со светоделител  2, регистрируетс  блоком б фотоэлектронных умножителей , выходы которого соединены через аналоговь й ключ 7, управл емый от блока 8 управлени , с корректирующим усилителем 9. Выход усилител  через суммирующий усилитель 10соединен с силовой катушкой 11 . магнитоэлектрической головки 3 и через пороговый элемент 12 и усилитель 13 - с электродвигателем 5, осуществл ющим посредством пары винт 14 гайка 15 грубое перемещение подвижного зеркала 4. Блок б, ключ 7, блок 8 и усилители 9, 10 и 16 вход т одновременно в точный и в грубый каналы . Суммирующий усилитель 10 вместе с усилителем 16 цепи обратной св зи образует цепь обратной св зи силовой катушки 11 и катушки 17 обратной св зи . Магнитоэлектрическа  головка содержит полый цилиндр 18, подвешенный в корпусе 19 на упругой подвеске (например, диафрагмах 20), который допускает перемещение цилиндра 18 только в продольном направлении.. На периферийных участках цилиндра 18 расположены две катушки - силова  11и обратной св зи 17 вход щие в кольцевы1е зазоры посто нных магнитов 21. Работа привода осуществл етс  следующим образом. По сигналу блока 8 управлени  корректирующий усилитель 9 вырабатывает пилообразное напр жение, поступающее затем на вход суммирующего усилител  10. После соответствующего усилени  это напр жение прикладываетс  к силовой католике 11 магнитоэлектрической головки 3. В зависимости от сигнала катушка 11 вт гиваетс  или выталкиваетс  из зазора магнита 21, перемеща  полый цилиндр 18 и вместе с нИм подвижное зеркало 4. В зависимости от направлени  перемещени  катушка 17 также начинает вт гиватьс  или выталкиватьс  из зазора магнита 21 и в ней бут дет наводитьс  ЭДС самоиндукции Е, величина которой пропорциональна скорости перемещени  катушки 17 относительно корпуса устройства 19 магнитоэлектрической головки 3, т. е. г а(Хп-Ха) где X . - положение зеркала 4 вдоль оптической оси прибора; Х  положение корпуса вдоль оптической оси прибора. Корпус 19 магнитоэлектрической головки 3, как правило, жестко соединен с основанием, например, парой винт 14-гайка 15, и имеет существенно большую по сравнению с зеркалом массу, поэтому колебани  его вдоль оптической оси незначительны. Конструкци  подвесок 20 обеспечивает только одну степень свободы подвижного зеркала - перемещение вдоль оптической оси. Обеспечить большую жес кость креплена  подвижного зеркала невозможно, так как точный привод должен быть быстродействующим, безлюфтовым и безынерционным. В силу этих причин dX2 dX производна  DT перемещени  зеркала относительно корпуса прибора пропорциональна производной от перемещени  зеркала вдоль оптической оси прибора , и ее.можно использовать дл  стабилизации системы управлени  приводо Сигнал на выходе катушки обратной св зи усиливаетс  усилителем 16 и по ступает на суммирующий усилитель 10. Измен   коэффициент усилени  усилител  16, можно в широких пределах из мен ть степень демпфировани  возникающих в магнитоэлектрической головке 3 колебаний. Сигналом дл  включени  грубого ка нала регулировани   вл етс  выходное напр жение суммирующего силител  10 точного привода, которое предварительно подаетс  на пороговый элемент 12, Такое включение позвол ет максимально использовать быстродействие точного канала дл  перемещени  подви ного зеркала и существенно сни:зить требовани  к грубому каналу, задачей которого  вл етс  следить, чтобы напр жен ие на выходе усилител  10 нахо дилось внутри зоны нечувствительности порогового элемента 12. По достижении заданной оптической разности хода усилитель 9 переводитс в режим фильтра низких частот и открываетс  аналоговый ключ 7. Этим включаетс  обратна  св зь, и схема пiepexoдит в режим стабилизации оптической разности хода. Испытани  опытного образца показа ли, что подбира  коэффициент усилени усилител  16 (т, е, степень демпфировани  колебаний), можно обеспечить высокий запас устойчивости и высокое быстродействие привода. Выполнение привода подвижного зер кала интерферометра в соответствии с предлагаемой схемой позволит значительно (по сравнению с известным) улучшить параметры привода. Дл  его

Claims (1)

1. 746403 изготовлени  не требуетс  прецизионного оборудовани  и точной обработки, деташи не дорогие. Осуществление точного регулировани  с помощью магнитоэлектрической головки позвол ет улучшить характеристики привода г i рабоча  скорость увеличена с 40 мкм/сек до fOO мкм/сек, коэффициент передачи точного канала & 210 мкм/В до 3 мкм/В, Упрощение грубого канала стало возможным благодар  тому, что дл  точного перемещени  используетс  быстродействующий точный канал, а грубый - лишь дл  возвращени  с невысокой точностью (около 5 мкм) магнитоэлектрической головки в центр зоны работы точного кангша. В опытном образце зона работы точного канала составл ла ±20 мкм от нейтрального положени , Формула изобретени  1, Привод подвижного зеркала интерферометра , содержащий грубый ка- . нал регулировани  с приводом подвижной каретки и точный канал регулировани  положени  подвижного зеркала ни терферометра , вход каналов регулировани  соединен с выходом интерферометра , а суммирующий усилитель каналов регулировани  соединен с цепью обратной св зи, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  и повышени  быстродействи  привода , он содержит пороговый элемент и закрепленный внутри корпуса полый цилиндр, внутри которого расположено подвижное зеркало интерферометра, а на периферийных участках цилиндрической поверхности установлены посто нные магниты и вход щие в их зазоры силова  катушка и катушка обратной св зи, соединенные между собой через усилитель цепи обратной св зи и суммирующий усилитель, выход которого через пороговый элемент подключен к приводу подвижной каретки с размещенным на ней корпусом полого цилиндра , 2, Привод по п, 1, отличающ и и с   тем, что, с целью повышени  точности привода, полый цилиндр закреплен внутри корпуса на гибких элементах, Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,За вка ФРГ 2147432, кл, Н 02 К 41/00, опубл, 1973, 2,Жижин Г, Н, Инфракрасна  а ппаратура высокого разрешени , М,,Мир1 1972, с, 88 (прототип).

   , -...,, .-, -.,.-. ,.,:-..-„ :- ,...-1 .. ; ..,....-. -I

   . f- r ... .4бЗ

   /5

   . .-;й -- ffi fif:sffff; :i

   1 J /Z

   f

   f7

   f9