(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210647358.8 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 中国科学院空天信息创新研究院 地址 100080 北京市海淀区北四环西路19 号 (72)发明人 路向宁　黄旻　韩炜　钱路路　 王占超　 (74)专利代理 机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 1 1260 专利代理师 郑立明　陈亮 (51)Int.Cl. G01N 21/35(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G01J 3/28(2006.01) G01J 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种双通道正交式干涉仪动镜控制系统 (57)摘要 本发明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。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115144354 A 2022.10.04 CN 115144354 A 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、 D SP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系统， 其特征在于， 所述零位检测 单元通过一个槽型光电开关实现， 所述槽型光电开关的凹槽与动镜在零光程差状态下摆臂 的方向上互相垂直， 在摆臂上安装一个挡片， 使之恰好 通过所述槽型光电开关的凹槽； 当动镜摆动到零光程差位置时， 所述槽型光电开关会被触发， 将零光程差位置的脉冲 信号发送给 所述DSP电机控制及驱动单 元进行后续处 理。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115144354 A 24.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， 所述电子学信 号处理部分的具体工作过程 为： 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； 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； 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； 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； 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； 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； 所述定时/计数器的数值被存入到一个二级深的FIFO堆栈中， 在使用所述定时/计数器 之前需为其设定一个时钟， 用于记录引脚上两次跳变之间的时间， 并由此计算出动镜当前 的位移量及运动速率； 再根据预先设置的动镜速度及位移， 经过扫描速率反馈控制算法计算得到运动控制 量， 将该运动控制量转变为模拟信号， 再通过功 率放大电路控制所述音圈电机， 驱动动镜在 一定区间内进行匀速摆动。 5.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， 所述相移单元 的处理过程具体为： 设激光探测器D2接收到的原 始激光干涉信号的强度I与光 程差x的表达式为： I(x)＝A·cos(2 π σ x) 其中， A为激光干涉信号的振幅； x为 光程差； σ 为激光的波数； 那么， 输入所述相移单 元的信号电压与时间的关系可表示 为： Uin＝Um·cos(ωt) 其中， Um为电压的幅值； ω为信号频率； 经所述相移单 元处理后的输出信号电压表示 为： 通过设置所述相移单元中电阻R和电容C的值， 使 时， 可获得幅值不变， 且相位较 输入信号滞后90 °的信号。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115144354 A 3