Технология точного управления вакуумом при измерении микросмещений и наклона с помощью лазерного интерферометра Майкельсона.

Технология точного управления вакуумом при измерении микросмещений и наклона датчика лазерного интерферометра Майкельсона

Аннотация: При точном измерении микросмещений и наклонов с помощью лазерного интерферометра Майкельсона необходимо точно контролировать степень вакуума; в противном случае это вызовет значительные колебания из-за таких факторов, как деформация, показатель преломления и температура, и даже сделает измерение невозможным. В данной статье представлена технология автоматического контроля уровня вакуума с использованием электронного клапана регулирования потока, а также подробно описана конкретная схема реализации.

1. Вопрос

В качестве высокоточного оптического прибора широко используется лазерный интерферометр Майкельсона. Он позволяет измерять длину волны, показатель преломления газа или жидкости, толщину, смещение и наклон. С его помощью можно с высокой точностью измерять длину, скорость, угол, плоскостность, прямолинейность и вертикальность и т.д. Однако при высокоточных измерениях лазерный интерферометр Майкельсона сильно подвержен влиянию атмосферной среды. По этой причине измеряемый объект обычно помещают в вакуумную среду низкого давления, как показано на рисунке 1, а степень вакуума точно контролируется электронным клапаном регулирования потока, иначе возникнут следующие проблемы:

(1) Колебания показателя преломления газа в тестовой среде окажут серьезное влияние на высокоточные измерения. Если используется специальное устройство коррекции показателя преломления газа, точность измерения может достигать лишь микронного или субмикронного уровня, а более точные измерения невозможны.

(2) Если в вакуумной камере происходит изменение температуры, давление воздуха в камере также резко изменится. Соответствующий показатель преломления также будет сильно колебаться, что серьезно повлияет на измерения интерферометра.

(3) В процессе вакуумирования разница внутреннего и внешнего давления вызовет микродеформацию вакуумной камеры, а также смещение и наклон оптического окна, что приведет к изменению оптического пути измерительного оптического тракта.

(4) В некоторых испытательных зонах с переменными требованиями к температуре требуется, чтобы измеряемый объект нагревался как можно быстрее, а температура была однородной, что требует поддержания степени вакуума на определенном уровне, например, около 100 Па, чтобы сохранить способность к конвекции и теплопроводности.

В заключение, при точном измерении микросмещений и наклонов лазерного интерферометра Майкельсона необходимо точно контролировать степень вакуума. В данной статье будет представлена технология автоматического контроля степени вакуума и конкретная схема ее реализации.

2. План реализации

В ходе испытаний лазерного интерферометра Майкельсона степень вакуума обычно поддерживается постоянной на уровне около 100 кПа и не изменяется с температурой. В связи с этим предлагается реализовать систему контроля степени вакуума, показанную на рисунке 2, с использованием электронного клапана регулирования потока, при следующих конкретных условиях:

(1) Для измерения вакуума используйте емкостной вакуумметр с диапазоном 1 Торр, точность которого может достигать ±0,2%.

(2) Для обеспечения точности измерения высокоточного датчика вакуумного давления и точности управления используется высокоточный ПИД-регулятор вакуумного давления, включающий электронный клапан регулирования расхода с 24-битным АЦП.

(3) Установите пропорциональный клапан с шаговым двигателем на входе воздуха в вакуумную камеру для точной регулировки потока воздуха на входе.

(4) В процессе управления, после включения вакуумного насоса, он работает на полной скорости, поддерживая скорость откачки неизменной. Затем параметры ПИД-регулятора самонастраиваются, так что контроллер может автоматически регулировать микрооткрытие электронного клапана регулирования потока серии FC компании KaoLu для достижения точного контроля степени вакуума в камере.

Для получения дополнительной информации посетите https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html