迈克尔逊干涉仪的摆臂扫描控制.pdf

【迈克尔逊干涉仪的摆臂扫描控制】 迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学测量设备，常用于光谱探测，尤其是空间光谱探测。它利用迈克尔逊干涉原理，通过改变光路中的光程差来获取光谱信息。在星载应用中，摆臂式迈克尔逊干涉仪因其能在有限的空间内实现大光程差扫描而备受青睐。摆臂上的角镜设计允许在小范围内进行角度调整，从而产生较大的光程变化。 在经典迈克尔逊干涉仪中，光束经过分束器分为两部分，一部分经过固定反射镜反射，另一部分经过移动反射镜反射，两束光在探测器处相遇形成干涉。光谱分辨率与最大光程差成反比，即分辨率越高，光程差的控制精度要求越高。摆臂式干涉仪通过改变摆臂的角度来调整光程差，其光程差与摆臂转动角度的关系由公式OPD = 8l6sinθ(t)给出，其中l6为摆臂臂长，θ(t)为摆臂转动角度。 为了实现高光谱分辨率，需要精确控制摆臂以进行匀速光程差扫描。任何速度不均匀都会导致信噪比下降。通常要求光程差速度稳定度小于1%以确保干涉图与光谱图的准确对应。因此，对摆臂运动控制系统的精度和稳定性有极高要求。 在星载应用中，干涉仪的摆臂通常由挠性枢轴连接的音圈电机驱动。音圈电机以其高速响应、高能量转化效率和小体积等优点，适应于空间环境下的高精度定位任务。挠性枢轴可以减小轴承摩擦力矩的影响，提高系统的动态性能。 系统模型的建立是控制设计的关键。通过对摆臂扫描系统的数学建模，可以分析系统阻尼比与控制器参数的关系。文中提出了基于ISE（均方误差）的控制器参数优化方法，以改善系统对力学干扰的鲁棒性。通过仿真试验，该方法能够实现高精度的光程差扫描，并能有效抑制空间振动的影响，适用于星载迈克尔逊干涉仪的控制需求。 迈克尔逊干涉仪的摆臂扫描控制涉及到光学原理、机械设计、电机控制和系统优化等多个领域，是空间光谱探测技术的重要组成部分。通过精细的控制策略，可以实现高光谱分辨率和高信噪比的数据获取，这对于遥感、天体物理学和物质结构分析等领域具有重要意义。