[发明专利]干涉差动位移法微小力控制系统

权利要求书

1.干涉差动位移法微小力控制系统，其特征在于：主要由控制及信息输出模块(1)、光学测量模块(2)、微小力发生模块(3)组成；控制及信息输出模块(1)用于测量光学测量信号，微小力发生、解算、控制及信号的外部通讯；光学测量模块(2)用于将测量值及计算控制值与微小力值建立相互的对应关系，综合计算输出微小力的数据；微小力发生模块(3)利用静电力方法，采用梳齿结构提高静电力获得微小力值的分辨能力和范围；所述的干涉差动位移法微小力控制系统通过控制静电力的变化，利用结构的弹性形变的方法产生微小力值，光学测量模块(2)采用激光干涉测量方法作为微小力值闭环控制测量单元，通过测量弹性形变产生的位移变化间接获取微小力值，其中在微小位移恒定时，加载电压的平方和微小力值呈线性关系；当加载电压恒定时，微小力值与微小位移呈线性关系；工作中，激光干涉测量采用差动测量方法以提高测量的准确性，并实现确定微小力的量值输出控制和复现；

光学测量模块(2)包括光源、1/4波片、偏振分光棱镜、1/2波片、反射镜、光电接收器等必要的光学元件，用于位移测量的光学干涉实现，其中包括光学扩束、分光及光电转换；

微小力发生模块(3)要包括微小力值发生的执行机构，梳齿静电力发生结构，采用静电力驱动弹性结构体变形，结合控制与信息输出模块完成弹性体变形及其位置控制，实现微小力值的产生；

确定微小力的量值方法任选如下两种方法中一种，方法一：约束加载电压，通过测量弹性变形结构的位移变化来间接测量出微小力值的量值；方法二：采用约束微小位移值，通过电压测量来确定微小力的量值；

干涉差动位移法微小力控制系统还包括准直器(4)、第一1/4波片(5)、第一偏振分光棱镜(6)、第一平面反射镜(7)、第一1/2波片(8)、第二偏振分光棱镜(9)、第二1/4波片(10)、第三偏振分光棱镜(11)、第三1/4波片(12)、第四1/4波片(13)、第四偏振分光棱镜(14)、第五偏振分光棱镜(15)、第五1/4波片(16)、第六偏振分光棱镜(17)、第六1/4波片(18)、第七1/4波片(19)、第二平面反射镜(20)、第一光电转换器(21)、第二光电转换器(22)、梳齿固定极板(23)、梳齿运动极板(24)、微小力值测头(25)；

干涉差动位移法微小力控制系统的工作方法为：以经过准直器(4)的出射光作为干涉用光源；光束经第一1/4波片(5)和第一偏振分光棱镜(6)形成测量光与测量参考光，两束光偏振方向互相垂直，均为线偏振光；其中测量光经第一平面反射镜(7)入射，测量线偏振光经第一1/2波片(8)旋转偏振方向90度，经第二偏振分光棱镜(9)透射，反射于运动梳齿反射区并两次通过第二1/4波片(10)偏振方向旋转90度，反射于第二偏振分光棱镜(9)入射第三偏振分光棱镜(11)再次反射于运动梳齿反射区，两次通过第三1/4波片(12)并透射通过第三偏振分光棱镜(11)，通过第四1/4波片(13)成为圆偏振光于第四偏振分光棱镜(14)与参考光形成干涉光；参考光透射通过第一偏振分光棱镜(6)和第五偏振分光棱镜(15)反射于固定梳齿平板反射区，两次通过第五1/4波片(16)并透射通过第六偏振分光棱镜(17)，经过第七1/4波片(19)变圆偏振光后到达第二反射镜，反射后在第四分光棱镜与测量光汇合形成干涉光；干涉光经第四偏振分光棱镜(14)形成干涉信号分别于第一光电转换器(21)，第二光电转换器(22)将光信号转化为电信号传输到控制系统得到干涉测量的位移信号；通过在固定梳齿和运动梳齿两个极板加载电荷产生静电梳齿力，通过电荷大小控制两梳齿极板的距离，并结合干涉测量的位移共同控制实现微小力值的控制与复现输出。