柔性双补偿杆式动镜支撑机构的设计

　　1　引　言

　　傅里叶变换光谱仪主要用于有机化学、无机化学、固体物理、宇宙航行、气象和大气污染的研究，具有重要的应用前景和潜力，对经济和国防建设有着十分重要的意义。随着当今社会对地球环境关注程度的不断提高，空间光学遥感技术有了很大的发展，尤其是红外傅里叶变换光谱技术也逐渐成熟起来。基于迈克尔逊干涉仪的红外傅里叶变换光谱仪具有分辨率高、波数精度高、扫描时间短、光谱范围宽、灵敏度高等优点，因此得到了越来越广泛的应用。

　　动镜机构的设计为此类光谱仪研制的关键技术之一，也是难点之一。基于迈克尔逊干涉仪的原理，反射镜(动镜)使用三面直角棱镜时，不会引起波面的倾斜，只能产生一个垂直于动镜运动方向的耦合位移量，此位移量在干涉波面处会导致两倍于该耦合位移量的波面位移，严重影响光谱仪的干涉成像范围和接收能量强度，降低整机的性能，因此要严格控制动镜的垂直耦合位移量，就要求设计出具有高精度的动镜支撑机构。传统机械滑块接触式的精密动镜扫描支撑机构存在很多缺点，如：运动的非线性、滑块之间有摩擦且易磨损变形、有反冲和爬行现象、难于进行微小的位移控制等，而且随着磨损的积累，精度难于保证，严重时会出现卡死现象[1]。柔性 铰链 机构[2-3]具有体积小、无需润滑、无摩擦、无间隙、加工切割方便、运动灵敏度高等优点，能够克服传统机械结构的缺点，满足动镜机构的使用要求。现阶段有瑞士、美国、德国、日本等少数国家在竞相研制，而国内刚刚起步，目前仅对柔性单补偿杆式动镜支撑机构有所研究，其理论精度为：反射镜的运动行程为±10mm，垂直耦合位移量精度为±3μm[4]。

　　柔性单补偿杆式动镜支撑机构精度虽高，但仍存在缺陷，如支撑机构输出终端平台存在较大转角，无法很好地控制反射镜运动自由度的维数，影响整机对干涉图谱的采集。本文设计的柔性双补偿杆式动镜支撑机构，不仅能控制反射镜线性位移量，而且可以控制其微转角，在某种意义上实现了支撑机构对动镜自由度[5-6]的降维使用，有效地解决了柔性单补偿杆式动镜支撑机构的缺陷，保证了动镜的直线运动精度，从而提高了整个光谱仪的性能。

　　2　柔性单补偿杆式动镜支撑机构

　　2.1　工作原理

　　柔性单补偿杆式动镜支撑机构工作原理如图1所示，当耦合杆摆动θ角时，设运动体下降的距离|y1|与中间体提升的距离|y2|相等，这时运动体在垂直于X方向(运动方向)上将得到补偿，即Y方向位移为零。公式表达式如下：