Привод подвижного зеркала интерферометра

 

8 сессию э ля

rfa1 еч--н,, - те,„-„,, „„ о

1 с

ОПИ Е"

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

<и, 746403

+ е

f с

4, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1005.78 (21) 2612746/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 070780, Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 10. 07. 80

<51) М. Кл.

G. 05 В 11/00

Государственный комитет

СССР,но делам изобретений н открытий (53) УДК 621-525 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. К. Кладов и Д. A. Шакуля

Физико-технический институт низких температур

АН украинской CCP (71) Заявитель (54) ПРИВОД ПОДВИЖНОГО ЗЕРКАЛА ИНТЕРФЕРОМЕТРА

Позиционирование деталей с точностью выше О, 1 мкм, которое необходимо 10 для обеспечения работоспособности таких приборов, как лазеры, интерферометры Фабри-Перо, двухлучевые интерферометры, очень трудно обеспечить пассивными средствами эа счет ста- 15 бильных геометрических размеров, особенно в условиях вибраций. Эта задача особенно усложняется, если точное позиционирование необходимо осуществлять на большом расстоянии при каждом шаге перемещения подвижной детали.

Такая задача возникает в Фурьеспектрометрии, когда подвижный отражатель должен перемещаться строго 25 плоско-параллельно с минимальным шагом Л)2.к и позиционироваться с точностью Л/20К, . где Х вЂ” наименьшая длина волны в исследуемом излучении; 30

Изобретение относится к следящим системам с обратной связью, и может быть применено для плоско-параллельного перемещения и точного позиционирования подвижного зеркала интерферометра.

1 — коэффициент, зависящий от конструкции прибора, обычно

К вЂ” 2, 4.

Полное перемещение зеркала зависит от разрешения прибора и может составлять в современных приборах

1-2 м.

Известно электромагнитное устройство с магнитным перемещением, содержащее подвижной сердечник, вокруг которого намотана катушка управления, пересекающая магнитное поле в прямолинейном Воздушном зазоре, образованном внутренним и внешним параллель ными полюсными элементами противоположной полярности (1). Для обеспечения продольного перемещения сердечник поддерживается подшипниками и спиральной пружиной.

Устройство предназначено для небольших линейных перемещений, однако оно не обеспечивает достаточной точности перемещения и позиционирования, особенно в условиях вибрации.

Достаточная точность позиционирования может быть обеспечена устройством, являющимся наиболее близким к изобретению (2). Привод подвижного зеркала интерферометра разделен.:фф".— -:: - дй ййэн*у . кк: к-.:.эдйдэийчйадэййййае -. . -:,. -.. еы-. ...»-:- -.ы.чдеэаиеа+-еде к н -.»..- -. - - "." -къееэчмне--ыг -, чт ю:-.. екэдрэые,ы.Р» — э

746403

4 на два канала: грубый, перемещающий каретку, на которой закреплен подвижный отражатель (кошачий глаз ) и точный, осуществляющий перемещение малого зеркала, кошачьего гла.за, либо. вспомогательного зеркала .

t. введенного в одно из плеч интерферометра. Точный канал выполнен на пьезоэлементах. Сигнал рассогласования (разность между фактическим положением зеркала и заданным) поступает параллельно на грубый и точный каналы В момент стабилиэацйи оптической разности хода.

Устройство имеет сложную конструкцию: грубый канал регулирования выполнен в виде линейного двигателя, перемещение каретки которого происходит на масляной подушке, точный канал регулирования выполнен на пьезоэлементах, для работы его требуется высокое (порядка нескольких киловольт) напряжение. Это вызывает трудности в управлении, особенно в условиях вакуумирования, так как это часто требуется для Фурье-спектрометров. Для демпфирования точного канала используется силиконовое масло, что приводит к сильной зависимости степени демпфирования от температуры.

Кроме того, устройство имеет низ-. кое общее быстродействие, обусловленное большой массой привода, а также тем, что быстродействие точного канала не используется для быстрого перемещенйя, "так как все временные па раметры ойределяются работой грубого прйвода.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение быстродействия устройства.

Это достигается тем, что устройст.во содержит пороговый элемент и закрепленный внутри корпуса полый цилиндр, внутри которого расположено подвижное зеркало интерферометра, а на периферийных участках цилиндрической поверхности установлены постоянные магниты и входящие в их зазоры силовая катушка и катушка обратной связи, соединенные между собой через усилитекльг цепи обратной связи и суммирующий усилитель, выход которого черен порогоный элемент додклечен к

" " прйэоду йодэикнай каретки о раэмеменным на ней корпусом полого цилиндра.

С целью повышения точности позиционирования полый цилиндр подвешен внутри корпуса на гибких элементах— диафрагмах.На фиг. 1 изображена схема предлагаемого привода. на фиг. 2 — конструкция магнитоэлектрической головки.

Предлагаемый привод содержит неподвеижное зеркало 1, светоделитель 2, точный канал регулирования, магнитоэлектрическую головку 3, обеспечивающую точное регулирование положения подвижного зеркала 4 и привод под вижной каретки — электродвигатель 5, обеспечивающий грубое регулирование положения подвижного зеркала 4. Выходной сигнал интерферометра, поступающий со светоделителя 2, регистрируется блоком 6 фотоэлектронных умножителей, выходы которого соединены через аналоговь1й ключ 7, управляемый от блока 8 управления, с корректирующим усилителем 9. Выход усилителя через суммирующий усилитель

10 соединен с силовой катушкой ll магнитоэлектрической головки 3 и через пороговый элемент 12 и усилитель 1

13 — c электродвигателем 5 осущест5 вляющим посредством пары винт 14— гайка 15 грубое перемещение подвижного зеркала 4. Блок 6, ключ 7, блок 8 и усилители 9, 10 и 16 входят одновременно в точный и в грубый ка20 налы.

СущкируЮщий усилитель 10 вместе с усилителем 16 цепи обратной связи образует цепь обратной связи силовой катушки 11 и катушки 17 обратной свя Я зи. Магнитоэлектрическая 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

l8 расположены две катушки — силовая

1l и обратной связи 17, входящие в кольцевые зазоры постоянных магнитов 21.

Работа привода осуществляется следующим образом.

По сигналу блока 8 управления корректирующий усилитель 9 вырабатывает пилообразное напряжение, поступающее

4() затем на вход суммирующего усилителя 10. После соответствующего усиления это напряжение прикладывается к силовой катушке 11 магнитоэлектричес- кой головки 3.

В зависимости от сигнала катушка

11 втягивается или выталкивается из зазора магнита 21, перемещая полый цилиндр 18 и вместе с ним подвижное зеркало 4. В зависимости от направ5() ления перемещения катушка 17 также начинает втягиваться или выталкивать= ся иэ заэора магнита 21 и в ней бу-, дет Наводиться ЭДС самоиндукции Е, величина которой пропорциональна скорости перемещения катушки 17 относительно корпуса устройства 19 магнитоэлектрической головки 3, т. е. сЗ(14-ХЫ

Е=—

8t

60 где Х вЂ” положение зеркала 4 вдоль

4 оптической оси прибора;

Х вЂ” положение корпуса вдоль оптической оси прибора.

Корпус 19 магнитоэлектрической

65 головки 3, как правило, жестко сое746403 динен с основанием, например, парой винт 14-гайка 15, и имеет существен--но большую по сравнению с зеркалом массу, поэтому колебания его вдоль оптической осн незначительны. Конструкция подвесок 20 обеспечивает 5 только одну степень свободы подвижного зеркала — перемещение вдоль oriтической оси. Обеспечить большую жест- кость крепления подвижного зеркала невозможно, так как точный привод должен быть быстродействующим, безлюфтовым и безынерционным. В силу этих причин дХЯ 8Х4 — <с т. е.

at, а+

15 производная от перемещения зеркала относительно корпуса прибора пропорциональна производной от перемещения зеркала вдоль оптической оси прибо- 20 ра, и ее можно использовать для стабилизации система управления приводом.

Сигнал на выходе катушки обратной связи усиливается усилителем 16 и поступает на суммирующий усилитель 10. 25

Изменяя коэффициент усиления усилителя 16, можно в широких пределах Изменять степень демпфирования возникающих в магнитоэлектрической головке 3 колебаний. 34

Сигналом для включения грубого канала регулирования является выходное напряжение суммирующего усилителя 10 точного привода, которое предварительно подается на пороговый элемент З5

12. Такое включение позволяет мак.— симально испольэовать быстродействие точного канала для перемещения подвижного зеркала и существенно снизить требования к грубому каналу, задачей которого является следить, чтобы напряжение на выходе усилителя 10 находилось внутри эоны нечувствительности порогового элемента 12.

По достижении заданной оптической разности хода усилитель 9 переводится 45 в режим фильтра низких частот и открывается аналоговый ключ 7. Этим включается обратная связь, и схема переходит в режим стабилизации оптической разности хода. 50

Испытания опытного образца показали, что подбирая коэффициент усиления усилителя 16 (т. е. степень демпфи— рования колебаний), можно обеспечить высокий запас устойчивости и высокое 55 быстродействие привода.

Выполнение привода подвижного зеркала интерферометра в соответствии с предлагаемой схемой позволит значительно (по сравнению с известным) gp улучшить параметры привода. Для его изготовления не требуется прецизионного оборудования и точной обработки, детали- не дорогие.

Осуществление точного регулирования с помощью магнитоэлектрической головки позволяет улучшить характеристики. привода". рабочая скорость увеличена с 40 мкм/сек до 100 мкм/сек, коэффициент передачи точного канала ь 2 10 мкм/В до 3 мкм/В. упрощение грубого канала стало аозможным благодаря тому, что для гочного перемещения используется быстродействующий точный канал, а грубый - лишь для возвращения с невысокой точностью (около 5 мкм) магнитоэлектрической головки в центр зоны работы точного канала. В опытном образце зона работы точного канала составляла 20 мкм от нейтрального положения.

Формула изобретения

1. Привод подвижного зеркала интерферометра, содержащий грубый канал регулирования с приводом подвижной каретки и точный канал регулирования положения подвижного зеркала интерферометра, вход каналов регулироэания соединен с выходом,. интерферометра, а суммирующий усилитель каналов регулирования соединен с цепью обратной связи, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия привода, он содержит пороговый элемент и закрепленный внутри корпуса полый цилиндр, внутри которого расположено подвижное зеркало интерферометра, а на периферийных участках цилиндрической поверхности установлены постоянные магниты и входящие в их зазоры силовая катушка и катушка обратной связи, соединенные между собой через усилитель цепи обратной связи и суммирующий усилитель, выход которого через пороговый элемент подключен к приводу подвижной каретки с размещенным на ней корпусом полого цилиндра.

2. Привод по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности привода, полый цилиндр закреплен внутри корпуса на гибких элементах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ М 2147432, кл. Н 02 К 41/00, опубл. 1973.

2. Жижин Г. Н. Инфракрасная аппаратура высокого разрешения. М., Мир, 1972, с. 88 (прототип).