精密离心机动态半径激光测量中死程的真空屏蔽

　　1　引　言

　　精密离心机是高精度惯性导航测试设备,用于惯性导航加速度计的测试与标定。它是一个旋转载体,工作时,其半径在惯性力的作用下发生变化(ΔR),给测试和标定带来误差。对该项误差,必须精确测量以便进行误差补偿。对于高精度的离心机,一般采用激光干涉法测量动态半径ΔR。其测量原理如图1所示,测量范围是ΔR,但光路R不在测量范围内,这部分称为死程。在该系统中,由于存在较大的死程,使得环境因素的影响增大,如:温度的变化、离心机旋转时气流的扰动及气压的变化等,造成测量系统示值不稳定。

　　真空屏蔽方法能够解决上述问题。在该方法中,用真空光路或准真空光路代替空气光路可有效的克服空气状态的影响,保证激光干涉测量系统的示值稳定性。虽然测量链中死程的空气影响被大大减小了,同时增加了新的误差环节,即真空光路,必须对其设计和安装提出恰当的要求,才能获得良好的效果。分析表明,只要合理设计,是可以获得高精度测量结果的。

　　2　死程的真空屏蔽及其对测量系统的影响

　　空气参数变化影响光路中的光波波长,是影响激光干涉测量精度的主要因素,对于长光路测量系统,其影响尤为明显,它限制了测量系统的精度。

　　如图1所示在死程光路中,放置了一个密封的真空管,真空管两个端部是两片平行经过精密加工的密封玻璃板,其光学性质,热稳定性和平行性应满足本文所分析的要求。

　　2.1　真空管热变形的影响

　　空气温度变化,造成真空管热变形,变形量可写为

　　式中α为真空管材料的线胀系数;l为真空管长度(见图2);δt是环境空气温度变化;设真空管的热变形为δl,即真空光路膨胀为δl,相应地空气间隙收缩δl。测量系统示值变化可写为[3]

　　2.2　密封玻璃板热变形的影响

　　设h表示密封玻璃板厚度,ah是密封玻璃板的热膨胀系数。环境温度变化使得真空管密封玻璃发生热变形,变形量表示为

　　设n =1·0002712,nb=1·5,αh=8×10-6/℃,h =20mm,δt =1℃,则,δL2=0·16μm。表明该项因素影响测量精度。(7)式说明,有两种方法可减小其影响:首先可采用低膨胀系数的材料做密封玻璃,如石英玻璃,以减小αh;其次可减薄密封玻璃的厚度h,但这样做的余地是有限的,因为薄的密封玻璃板容易弯曲变形。

　　2.3　空气隙光路折射率变化的影响

　　在反射镜、分光镜和真空管之间存在空气间隙(设其总长度为c,其大小与测量范围有关),这段间隙的光学性质易受环境因素的影响,所引起的测量误差为