近红外光谱干涉仪高精度运动控制器设计

　　现代近红外光谱分析技术是将光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术有机结合的综合性测试技术。 该技术是将近红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对未知样品光谱 的测 定 ，建立 校正 模型，以 快速预测其组成或性质的一种分析方法[ 1]。

　　与常规分析技术不同，近红外光谱是一种间接分析技术，必须通过建立校正模型(标定模型)来实现对未知样品的定性或定量分析。 具体的分析过程主要包括以下几个步骤：

　　(1) 选择有代表性的样品 ， 并测量其近红外光谱 ;

　　(2) 使用标准或 认可的 参考 方法 测定所 关心 的组分或性质数据;

　　(3) 根据测量到的光谱和基础数据 ， 用适当的化学计量方法建立校正模型;

　　(4) 对未知样品组分或性质的测定 。近红外光谱干涉仪属于一种高精度的精密仪器 ，其中的一 个关 键执行 部件 直线 音圈电 机的 控制 精 度 直 接影响整个仪器的性能。本文采用 TM320VC5402 数字信号处理器，通过建模和 仿真 试验 ，选择合 适的 数字控 制算法和控制器结构，达到对音圈电机速度的精密控制[ 2]。

　　1音圈电机

　　音圈电 机 是 一 种 将 电 能 直 接 转 化 成 直 线 运 动 机 械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。 其在均匀气隙磁场中放入一个圆筒状绕组，绕组通电产生电磁力带动负载作直线往复运 动 ，改 变电 流的强 弱和 极性 ，就 可改变电磁力的大小和方向。 根据结构形式的不同，音圈电机的应用模型可分为两大类:质量弹簧阻尼模型(MFK型)和质量阻尼模型(MF 模型)[ 3]。 对 于 MFK 型 ， 工程 上的应用趋于成熟 ，由于有弹簧 K 的作用，使得系统的控制易于实现。 但是弹簧也产生了负面的影响。 因为它限制了输出位移，而且 为了 克服 弹簧的 束缚 ，使得直 线电机不得不用去其大部分的输出力去产生弹簧的变形。 求。因此，去掉弹簧的 MF 型直线电机在实际中也得到了广泛的应用。

　　音圈电机较传统传动方式电机有明显的优势，如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高、散热好等。 基于以上优点，近红外光谱干涉仪采用它作为干涉仪动镜的驱动机构，图 1 为音圈电机的简图。 为了克服线圈运动过程中线圈相对于轴向的转动，在电机线圈引 出 的 支 架 上 安 装 了 1 块小 磁 铁 ， 同 时 在 磁 铁 的 上方 有 一 直 线 铁 杆 导 轨 。 这种 设 计 能 够 起 到 两 方 面 的作 用 ： 抵 消 可 动 部 分 对 导轨 的 压 力 来 大 大 减 小 摩 擦力 ， 同 时 防 止 线 圈 在 运 动过程中 由于 动镜过 大角 度偏 转而导 致的 干涉 条 纹 质 量变差[ 4]。