Tecnología de control de precisión del vacío en la medición del microdesplazamiento y la inclinación del sensor del interferómetro láser de Michelson

Resumen: En la medición precisa del microdesplazamiento y la inclinación del sensor del interferómetro láser de Michelson, es necesario controlar con precisión el grado de vacío; de lo contrario, se producirán enormes fluctuaciones debidas a factores como la deformación, el índice de refracción y la temperatura, e incluso hará imposible la medición. En este artículo se presenta la tecnología de control automático del nivel de vacío mediante una válvula electrónica de control de flujo, y se presenta el esquema específico de implementación en detalle.

1. Pregunta
Como instrumento óptico de alta precisión, el sensor interferométrico láser de Michelson ha sido ampliamente utilizado. Puede utilizarse para medir la longitud de onda, el índice de refracción de gases o líquidos, el espesor, el desplazamiento y la inclinación. Puede medir la longitud, la velocidad, el ángulo, la planitud, la rectitud y la verticalidad de la medición de alta precisión, etc. Sin embargo, en la medición de alta precisión, el sensor del interferómetro láser de Michelson se verá seriamente afectado por el entorno atmosférico. Por esta razón, el objeto medido se coloca generalmente en un entorno de vacío de baja presión, como se muestra en la Figura 1, y el grado de vacío se controla con precisión con una válvula electrónica de control de flujo, o causaría el siguiente problema:
(1) Las fluctuaciones del índice de refracción del gas en el entorno de prueba tendrán un grave impacto en las mediciones de alta precisión. Si se utiliza un dispositivo especial de corrección del índice de refracción del gas, la precisión de la medición sólo puede alcanzar el nivel de micras o submicras, y no se puede alcanzar una medición de mayor precisión.
(2) Si hay un cambio de temperatura en la cámara de vacío, la presión del aire en la cámara también cambiará drásticamente. El índice de refracción correspondiente también fluctuará gravemente, lo que afectará seriamente a la medición del interferómetro.
(3) Durante el proceso de vacío, la diferencia de presión interna y externa provocará una microdeformación de la cámara de vacío y, al mismo tiempo, también hará que la ventana óptica se desplace y se incline, cambiando así la trayectoria óptica de la medición.
(4) En algunos campos de prueba con requisitos de temperatura variable, se requiere que el objeto medido se caliente lo antes posible y que la temperatura sea homogénea, lo que requiere que el grado de vacío se controle a un cierto nivel, como unos 100Pa, para mantener la capacidad de convección y conducción de calor.

En resumen, en la medición precisa del microdesplazamiento y la inclinación del sensor del interferómetro láser de Michelson, es necesario controlar con precisión el grado de vacío. Este artículo presentará la tecnología de control automático del grado de vacío y el esquema de implementación específico.

2. Plan de aplicación
Durante la prueba del sensor del interferómetro láser de Michelson, el grado de vacío se mantiene generalmente constante a unos 100kPa y no cambia con la temperatura. Por ello, se propone implementar un sistema de control del grado de vacío como el que se muestra en la figura 2, utilizando una válvula electrónica de control de flujo, y las condiciones específicas son las siguientes:
(1) Utilice el vacuómetro de capacitancia con un rango de 1 Torr para la medición del vacío, y su precisión puede alcanzar ±0,2%.
(2) El controlador de presión de vacío PID de alta precisión que incorpora una válvula electrónica de control de flujo con adquisición A/D de 24 bits se utiliza para igualar la precisión de la medición del sensor de presión de vacío de alta precisión y garantizar la precisión del control.
(3) Instalar una válvula proporcional de motor paso a paso en la entrada de aire de la cámara de vacío para ajustar con precisión el flujo de entrada de aire.
(4) Durante el proceso de control, después de encender la bomba de vacío, ésta bombea a toda velocidad y mantiene la velocidad de bombeo sin cambios. A continuación, los parámetros PID del controlador se autoajustan, de modo que el controlador puede ajustar automáticamente la microapertura de la válvula electrónica de control de flujo de la serie FC de KaoLu para alcanzar un control preciso del grado de vacío de la cámara.

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