一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统，双通道干涉仪用于在入光口和出光口处获取强度、相位一致的两路激光干涉信号；相移单元用于将双通道干涉仪获取的两路激光干涉信号处理为正交关系；干涉脉冲处理单元用于对相互正交的两路信号通过异或运算进行倍频处理；零位检测单元用于检测动镜的移动原点；音圈电机安装在所述双通道干涉仪中动镜支承框架摆臂K的外端，用于驱动动镜进行匀速摆动；DSP电机控制及驱动单元根据预先设置的动镜速度及位移来控制所述音圈电机，驱动动镜在一定区间内进行匀速摆动。上述系统内部构造简单，可根据需要连续调整干涉仪动镜的运动行程，在设定位移内进行匀速运动。在设定位移内进行匀速运动。在设定位移内进行匀速运动。

【技术实现步骤摘要】
一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统


[0001]本专利技术涉及红外光谱仪
，尤其涉及一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统。

技术介绍

[0002]傅里叶变换红外光谱仪具有高光谱分辨率、高光通量、宽测量谱段等特性，广泛用于固、液、气多状态化学物质光谱分析，其核心器件时间调制型迈克尔逊干涉仪，是生成干涉信号必要部件。采集包含被测物红外光谱信息的干涉信号一般采用等光程差间隔的方式，因此控制动镜匀速运动有助于减小反演光谱图的失真程度。另外，红外光谱仪的光谱分辨率取决于形成干涉信号的两相干光之间的最大光程差，并且为了使光谱仪分辨率可变，需要动镜位置连续可调。
[0003]动镜的运动一般使用音圈电机来驱动，现有傅里叶变换红外光谱仪中的音圈电机的位置反馈一般使用光栅尺位置传感器，在仪器内部安装光栅尺，这样增加了仪器设计的复杂度，且不便于调试；另一种方案是通过单路激光干涉信号转换成的方波脉冲进行计数，来获得动镜的移动位置，并在正负最大光程差处通过限位开关来作为计数触发信号，但该方案中单路激光干涉信号计数的精度低，且使用限位开关作为计数触发信号时，无法根据上位机的需求采集光程差连续变化的双边干涉信号。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统，该系统内部构造简单，可根据需要连续调整干涉仪动镜的运动行程，在设定位移内进行匀速运动，实现红外光谱仪光谱分辨率的连续可调。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统，所述系统包括双通道干涉仪、相移单元、干涉脉冲处理单元、零位检测单元、音圈电机、DSP电机控制及驱动单元，其中：
[0007]所述双通道干涉仪用于在入光口和出光口处获取强度、相位一致的两路激光干涉信号；
[0008]所述零位检测单元，用于检测所述双通道干涉仪中动镜的移动原点，作为移动位移的计数零点；具体是在所述动镜的零光程差位置使用槽型光电开关作为零位触发信号，便于双向调整所述动镜的运动位置；
[0009]所述音圈电机安装在所述动镜支承框架摆臂的外端，用于驱动所述动镜进行匀速摆动；
[0010]所述相移单元、干涉脉冲处理单元和DSP电机控制及驱动单元组成电子学信号处理部分，其中：
[0011]所述相移单元，用于将所述双通道干涉仪获取的两路激光干涉信号处理为正交关系，获得相互正交的两路信号，提高位移检测精度；
[0012]所述干涉脉冲处理单元，用于对经过所述相移单元处理后的相互正交的两路信号通过异或运算进行倍频处理，提高了位移测量了分辨率，同时也提高了红外干涉信号的采样率；
[0013]所述DSP电机控制及驱动单元，用于接收所述零位检测单元发送的零位信号以及所述干涉脉冲处理单元处理后的正交脉冲信号，并以所述零位信号为参考点，对所述正交脉冲信号进行计数以判断动镜当前的位移和速度；再根据预先设置的动镜速度及位移来控制所述音圈电机，驱动所述动镜在一定区间内进行匀速摆动。
[0014]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述系统内部构造简单，可根据需要连续调整干涉仪动镜的运动行程，在设定位移内进行匀速运动，实现红外光谱仪光谱分辨率的连续可调。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的双通道正交式干涉仪动镜控制系统结构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例所述激光信号处理的过程示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例所述相移单元的具体电路图。
具体实施方式
[0019]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0020]如图1所示为本专利技术实施例提供的双通道正交式干涉仪动镜控制系统结构示意图，所述系统包括双通道干涉仪、相移单元、干涉脉冲处理单元、零位检测单元、音圈电机、DSP电机控制及驱动单元，其中：
[0021]双通道干涉仪用于在入光口和出光口处获取强度、相位一致的两路激光干涉信号；
[0022]零位检测单元，用于检测所述双通道干涉仪中动镜的移动原点，作为移动位移的计数零点；具体是在动镜的零光程差位置使用槽型光电开关OS1作为零位触发信号，便于双向调整动镜的运动位置；
[0023]音圈电机，安装在所述双通道干涉仪中动镜支承框架摆臂K的外端，用于驱动动镜进行匀速摆动，如图1中的VM1为音圈电机；
[0024]所述相移单元、干涉脉冲处理单元和DSP电机控制及驱动单元组成电子学信号处理部分，如图2所示为本专利技术实施例所述激光信号处理的过程示意图，其中：
[0025]相移单元，用于将双通道干涉仪获取的两路激光干涉信号处理为正交关系，获得相互正交的两路信号，提高位移检测精度；
[0026]干涉脉冲处理单元，用于对经过所述相移单元处理后的相互正交的两路信号通过异或运算进行倍频处理，提高了位移测量的分辨率，同时也提高了红外干涉信号的采样率；
[0027]DSP电机控制及驱动单元，用于接收所述零位检测单元发送的零位信号以及所述干涉脉冲处理单元处理后的正交脉冲信号，并以所述零位信号为参考点，对所述正交脉冲信号进行计数以判断动镜当前的位移和速度；再根据预先设置的动镜速度及位移来控制所述音圈电机，驱动动镜在一定区间内进行匀速摆动。
[0028]具体实现中，如图2所示，激光光源经过双通道干涉仪，激光探测器D1和D2接收到相位一致的单色激光干涉信号；
[0029]激光探测器D1接收到的激光干涉信号经过跨阻放大、滤波预处理之后，再经过所述干涉脉冲处理单元进行迟滞比较，将原始干涉信号处理为方波信号S1；
[0030]同时激光探测器D2接收到的激光干涉信号经过跨阻放大、滤波预处理之后，先经过所述相移单元进行相移处理，然后再经过所述干涉脉冲处理单元进行迟滞比较，将原始干涉信号处理为方波信号S2；其中，方波信号S1、S2之间的相位相差90
°
，为一组正交脉冲信号；
[0031]互为正交关系的方波信号S1和S2再经过异或运算后获得两倍于原始信号频率的倍频方波信号S3；
[0032]定时/计数器对所述倍频方波信号S3的上升沿进行计数，设为N，则光程差的变化量可表示为其中，λ为激光光源的波长；
[0033]当所述DSP电机控制及驱动单元的输入引脚检测到所述槽型光电开关的触发信号时使能，定时/计数器开始计数，当再次检测到触发信号时，计数结束；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统，其特征在于，所述系统包括双通道干涉仪、相移单元、干涉脉冲处理单元、零位检测单元、音圈电机、DSP电机控制及驱动单元，其中：所述双通道干涉仪用于在入光口和出光口处获取强度、相位一致的两路激光干涉信号；所述零位检测单元，用于检测所述双通道干涉仪中动镜的移动原点，作为移动位移的计数零点；具体是在所述动镜的零光程差位置使用槽型光电开关作为零位触发信号，便于双向调整所述动镜的运动位置；所述音圈电机安装在所述动镜支承框架摆臂的外端，用于驱动所述动镜进行匀速摆动；所述相移单元、干涉脉冲处理单元和DSP电机控制及驱动单元组成电子学信号处理部分，其中：所述相移单元，用于将所述双通道干涉仪获取的两路激光干涉信号处理为正交关系，获得相互正交的两路信号，提高位移检测精度；所述干涉脉冲处理单元，用于对经过所述相移单元处理后的相互正交的两路信号通过异或运算进行倍频处理，提高了位移测量的分辨率，同时也提高了红外干涉信号的采样率；所述DSP电机控制及驱动单元，用于接收所述零位检测单元发送的零位信号以及所述干涉脉冲处理单元处理后的正交脉冲信号，并以所述零位信号为参考点，对所述正交脉冲信号进行计数以判断动镜当前的位移和速度；再根据预先设置的动镜速度及位移来控制所述音圈电机，驱动所述动镜在一定区间内进行匀速摆动。2.根据权利要求1所述双通道正交式干涉仪动镜控制系统，其特征在于，所述双通道干涉仪包括分束器BS、第一平面反射镜M1、第二平面反射镜M2、双面反射镜M3、第一直角反射镜RM1、第二直角反射镜RM2、十字弹簧轴承S、第一激光探测器D1、第二激光探测器D2，其中：参考激光光源L经过分束器BS，被分为反射光L1和透射光L2；反射光L1依次经过第二平面反射镜M2、双面反射镜M3后入射到第二直角反射镜RM2，使光线在Z轴方向产生一定位置的偏移量；然后再利用第二直角反射镜RM2将光线返回到双面反射镜M3，再经过第二平面反射镜M2反射回到分束器BS；透射光L2依次经过第一平面反射镜M1、双面反射镜M3后入射到第一直角反射镜RM1，使光线在Z轴方向产生一定位置的偏移量；然后再利用第一直角反射镜RM1将光线返回到双面反射镜M3，再经过第一平面反射镜M1反射回到分束器BS；所述第一平面反射镜M1、第二平面反射镜M2为双通道干涉仪的动镜，以十字弹簧轴承S为中心摆动，使反射光L1和透射光L2之间产生光程差，具有光程差的反射光L1和透射光L2的两束相干光在分束器BS处汇合形成单色激光干涉光；由分束器BS将其分为两束单色激光干涉光，并分别入射到第一激光探测器D1和第二激光探测器D2，以获取强度、相位一致的两路激光干涉信号。3.根据权利要求1所述双通道正交式干涉仪动镜控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：路向宁，黄旻，韩炜，钱路路，王占超，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：