电容传感器及其纳米量级定位技术.pdfVIP

第 10期 传感器技术 · 3 电容传感器及其纳米量级定位技术 张洪刚 吴敬国 郑义忠 天津大学精密测试技术及仪器 国家重点实验室，军事医学科学院卫生装备研究所 天津市 300072 摘【要】介绍7大型天体望远钝光学镜面面形的控制方法和I作原理。该大型天体望远钝 l0 m直径的主钝由36块对角线长 1．8m的六角形子镜拼接而成，应用电容测擞技术使此超大型镜面 的共面性达到纳米量级的定位控制。通过检剥原理的分析，阐述 T电容式传感器在使用中提 高其 准确度和长期稳定性 的理论分析和具体技术措施，并提出新型涂敷式差动传惑器，采用新材料和高 集成度的新器件，以满足传惑器在温、湿度变化太的条件下实时监测的要求。 关键词：电容测微仪 望远镜 纳米 中圉分类号：TP212、12 NanometerAccuratePosition Technology ZhangHonggang WuJingguo ZhengYizhong CollegeofPrecisionInstrument＆OVt一~lecttonicsE~gineeringTianjinUnivenfity,Tianjin300072 Ahstracl：Thisisintroduction controllingmethodandworkingtheoryofthemirror’5shape．whichisOnthevery largeteleseopeinastronaut．Theverylargeastroncaniealtelescopehasamainmirrorwiththe~herJcalradiusoflOm com posedof36hexagonalsub—mirrorsEachSl~l／lentis18m ac代 thedlagonal，wlththetechnology ． 0fcaDaqt0f~Hsor micro—displacementme~ ement．attheaccurate0fnanometer KeyWords~CapacitorSensor，Telescope，Nanometer 1 引言 上，两两相距0．9m，由于六角形设计的连锁特性，整个 为制造大 口径和高分辨能力光学望远镜，天文学 拼接镜面共有促动器 108个，而位移传感器跨接在相 家提出了主动光学理论，通过对大型光学镜片局部在 邻子镜的边缘处位于靠近顶点附近共有 168个。通过 纳米量级上微位移的检测和控制，使镜片整体面形达 位移传感器检测相邻子镜的轴 向相对位移量，就能确 到或接近理想面形的参数，这使得在同等造价下建造 定子镜的轴向位置和偏斜角。根据光学分辨能力与控 更大口径的望远镜成为可能。近十几年里。欧美和丑 制算法估算，位移传感器应有 5nm的分辨力，因此促 本已纷纷着手研制大型地面光学望远镜，如欧洲南方 动器也应有5m 的步距 施于各子镜产生相应的微 天文 台的 3．5m望远镜 (NTF)，美国的 10m望远镜 小位移量 。 (KECK)。我国于 1994年初开展了拼接镜面主动光 学新技术的研究，井提出了我国 自行研制大型拼接镜 面 10m直径望远镜 (LAMOST)的技术方案。该方案 中，微位移传感器及其测试计量技术作为主动光学技 术的关键技术环节 占有相当大的比重。特别是在温、 湿度变化较大的恶劣环境中对微位移量进行实时的检 测、控制，从而使面形质量达到纳米量级精度的要求． 是该技术中重大难点。 2 镜面面形控制方法及原理 LAMOST望远镜主镜 由36块对角线长 1．8m 的 囝1 博感器与促动器安装位置示意 六角形子镜拼接而成。图 1所示为传感器与促动器安 理想状态下各子镜镜面组成同半径的球面，各子 装位置。10m