Сканирующий интерферометр
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е (») 535453
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.05.75 (21) 2137229/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 15.11,76. Бюллетень № 42
Дата опубликования описания 18.11.76 (51) М. Кл, б 01В 9/02
G 01J 3/26
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535.854(088.8) (72) Автор изобретения
В. В. Архипов (71) Заявитель (54) СКАНИРУЮЩИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР
Изобретение относится к областиоптического приборостроения, в частности к интерференционным приборам, предназначенным для сканирования спектра при спектральном анализе оптического .излучения; его можно использовать в качестве сканирующего интерферометра фабри-Перо и в Фурье-спектрометрах.
Известные сканирующие интерферометры, содержащие неподвижное зеркало и подвижное зеркало, связанное с приводом, осуществляют сканирование перемещением подвижного зеркала под действием привода с пьезокерамическим двигателем (1).
Такие сканирующие интерферометры имеют невысокие скорости сканирования и малые перемещения подвижного зеркала.
Известный сканирующий интер ферометр (2), являющийся прототипом предлагаемого, содержит одно неподвижное зеркало и второе зеркало, связанное со средством для его периодического перемещения (приводом), неподвижную и подвижную трубы, соединенные кольцевыми мембранами, причем подвижное зеркало установлено на подвижной трубе, которая соединена с приводом. Скорость подвижного зеркала такого,интерферометра изменяется в широких пределах и перемещается оно на значительные расстояния.
Недостатком этого интерферометра является высокая чувствительность к вибрационным помехам.
Цель изобретения — повышение устойчивости к вибрационным помехам.
Это достигается тем, что в предлагаемый интерферометр введены упругий гофрированный цилиндр с продольными гофрами, соединенный на концах с двумя фланцами, к одному из которых прикреплено зеркало интерферометра, причем фланец с зеркалом связан со средством перемещения, а другой фланец жестко закреплен.
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого интерферометра; на фиг.
2 векторы сил и моментов, действующих на подвижное зеркало интерферометра.
В сканирующем интерферометре неподвижное зеркало 1 расположено параллельно подвижному зеркалу 2, которое установлено на подвижном фланце 3 упругого гофрированного цилиндра 4 с продольными гофрами, имеющего на противоположном конце неподвижный фланец 5, а подвижный фланец соединен с приводом 6 подвижного зеркала.
Гофрированный цилиндр изготавливают из полосы фольги толщиной в десятые и сотые доли миллиметра. Полоса фольги гофрируется направленными вдоль основания гофрами и крайние гофры скрепляются сваркой или зо пайкой, образуя цилиндр. К торцам цилиндра
535453
60 припаивают фланцы. Материалом фольги может служить латунь, фосфористая бронза или берилиевая бронза, обладающие высокими упругими свойствами. Гофрированный цилиндр допускает закручивание одного фланца относительно другого на угол в несколько десятков градусов. Величина угла зависит от толщины фольги и от числа гофров. Окрученный цилиндр имеет форму однополосного гиперболоида, прямолинейными образующими которого являются гофры. Гофры остаются прямолинейными в пределах упругой деформации. При этом диаметр средней части цилиндра изменяется за счет большой деформации средней части гофра в поперечном сечении. Все гофры деформируются одинаково.
Изменение диаметра цилиндра сопровождается изменением длины цилиндра и при закреплении одного из фланцев обеспечивается аксиальное перемещение другого.
Сканирующий интерферометр работает следующим образом.
Оптическое излучение, попавшее в интерферометр, испытывает многократное отражение между неподвижным зеркалом 1 и подвижным зеркалом 2, возвратно-поступательное перемещение которого приводит к изменению разности хода составляющих излучения.
Будучи установленным на подвижном фланце
3 упругого гофрированного цилиндра 4 зеркало 2 перемещается под воздействием привода
6 (например, линейного электромагнитного привода) . Поступательное движение подвижного фланца 3 возникает при преобразовании его вращательного движения за счет скручивания упругого гофрированного цилиндра 4 относительно его конца, имеющего неподвижный фланец 5. Возвратное перемещение подвижного фланца 3 с зеркалом 2 осуществляется либо изменением направления действия исполнительного механизма привода 6, либо под действием упругой реакции гофрированного цилиндра 4 при прекращении на это время действия привода 6. Перемещение от линейного привода можно передавать гибкой связью при помощи тросика, одним концом закрепленного на наружной поверхности подвижного фланца, а другим — на исполнительном органе привода.
Вредным воздействием вибрационных помех на подвижное зеркало интерферометра, приводящим к снижению точности измерений, является смещение подвижного зеркала под их действием, главным образом, аксиальное. Выигрыш в виброустойчивости одного типа интерферометра по сравнению с другим типом имеет место в том случае, когда при равных воздействиях P u q смещение от воздействия
q меньше (фиг. 2). Такой выигрыш характерен для предлагаемого сканирующего интерферометра по сравнению с прототипом. Виб5
Зо
40 рационная помеха, действующая на подвижный флапец гофрированного цилиндра по другому направлению, кроме аксиального, не вызывает аксиальных смещений. Например, вибрация q (фиг. 2) стремится переместить подвижный фланец в радиальном направлении, а создаваемые ею крутящие моменты q r, которые приводили бы к аксиальному смещению, имеют противоположное направление и взаимно компенсируются. Причем вследствие цилиндрической формы гофрированного цилиндра радиальное смещение у предлагаемого интерферометра также меньше, чем аналогичное смещение у прототипа при равных площадях сечения. Аксиальная вибрация q раскладывается на составляющие по двум направлениям: радиальному — p=
=qtgy и вдоль гофра — 1. Составляющая 1 является сжимающей силой и не может привести к заметным аксиальным сдвигам, вследствие большой величины сопротивления сжатию и устойчивости металлического гофрированного цилиндра. Аксиальное перемещение вызывает составляющая р, которая образует крутящий момент m,= p. r, действующий в одном направлении с полезным моментом
М=P r. Следовательно, при действии на сравниваемые интерферометры полезной силы
P и вибрации q аксиальное перемещение вызывают: у прототипа — Р и q, а в случае предлагаемого интерферометра — P и p=qtgy, т. е. во втором случае смещение в tgy раз меньше, так как для малых перемещений у«45, т. е.
tg«1. Например, для перемещений порядка
0,1 мм (параметр сканирующих интерферометров Фабри-Перо) достаточно повернуть подвижный фланец гофрированного цилиндра реальных размеров примерно на 3, т, е. tgy=
=0,05. Поэтому виброустойчивость предлагаемого интерферометра более, чем на порядок, выше, чем у прототипа и тем выше, чем меньше перемещение.
Формул а изобретения
Сканирующий интерферометр, содержащий одно неподвижное зеркало и второе зеркало, связанное со средством для его периодического перемещения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения устойчивости к вибрационным помехам, он содержит упругий гофрированный цилиндр с продольными гофрами, соединенный на концах с двумя фланцами, к одному из которых прикреплено зеркало интерферометра, причем фланец с зеркалом связан со средством перемещения, а другой фланец жестко закреплен.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. «Приборы для научных исследований», 1966 r., № 11, стр. 191.
2. ПТЭ. 1967, № 4, стр. 235 (прототип).
535453
Фиг. 2
Составитель Н. Решетников
Редактор И. Шубина Техред А. Камышникова Корректор Т. Добровольская
Заказ 2373/12 Изд. № 1766 Тираж 864 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2