专利名称：傅立叶变换红外光谱干涉仪动镜的电磁悬浮和驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种傅立叶变换红外光谱干涉仪，尤其是涉及一种利用电磁悬浮和驱动的傅立叶变换红外光谱干涉仪的动镜。
背景技术：
在傅立叶变换(FT)红外(IR)光谱干涉仪中，其核心部分是迈克尔逊干涉仪，参见图1，它由光源1(根据仪器的不同可以是红外光源或激光光源，例如拉曼FT干涉仪光源为激光)、光接受传感器6、动镜4、固定镜2和分光镜3组成。其工作原理是利用动镜的扫描，对全波段的光谱进行调制，形成全波段干涉图。若将检测样本5放在光接受传感器6前，则光接受传感器6得到的是样本吸收后的干涉图谱7，通过FT变换，就可以得到样本的吸收光谱8，从而区分样本的成分。
从图1可以看出，干涉仪的动镜设计是关键因素之一，动镜的设计要求是运动平稳、无振动、能自动调整姿态(以便动镜的反射光与固定镜的反射光相垂直)以及运动惯量小无冲击等。传统的设计是利用气悬浮使动镜与导轨不接触，利用音圈电机(VCM)驱动，这种设计的缺点是结构复杂、需供气设备、气悬浮导轨设计复杂、姿态调整困难。
发明内容
本实用新型旨在提供一种改进的，利用电磁悬浮技术代替气悬浮，利用磁场中的通电导线产生的力驱动动镜移动，从而将悬浮和驱动一体化，结构简化，容易调整姿态的傅立叶变换红外光谱干涉仪动镜的电磁悬浮和驱动装置。
本实用新型设有反射镜、驱动磁铁、支撑板、驱动磁铁支撑件、悬浮磁铁、稳定电磁铁、悬浮电磁铁和驱动线圈，反射镜设于支撑板上，驱动磁铁设上下各一块，设于支撑板的下方，N极和S极面对面排列；悬浮磁铁设4块，分别设置于支撑板底部的4个角，稳定电磁铁设4组，为长方形，悬浮磁铁放置在稳定电磁铁的线圈中；悬浮电磁铁设4组，为长方形，悬浮磁铁设于悬浮电磁铁线圈的上方，悬浮电磁铁产生的磁极与悬浮磁铁的下方磁极相同，从而产生排斥力，使支撑板悬浮。通电的驱动线圈空套在驱动磁铁上，在驱动线圈中通以不同方向的电流可以使支撑板左右运动。
本实用新型利用电磁悬浮技术代替气悬浮，利用磁场中的通电导线产生的力驱动动镜移动，从而将悬浮和驱动一体化，其结构简化，容易调整姿态。
图1为傅立叶变换红外光谱干涉仪的原理图。
图2为本实用新型实施例的结构原理图。在图2中，坐标系为x-z。
图3为图2的仰视图。在图3中，坐标系为x-y。
图4为本实用新型的电磁悬浮原理图。在图4中，坐标系为y-z。
图5为本实用新型的稳定电磁铁侧向稳定原理图。在图5中，坐标系分别为x-y-z，y-z。
图6为本实用新型的悬浮线圈与稳定线圈的排列及电磁驱动原理图。在图6中，坐标系分别为y-z。
图7为本实用新型的动静系统力的分析图。
具体实施方式
如图2，3所示，本实用新型设有反射镜1、驱动磁铁(NdFeB磁铁)2、支撑板3、驱动磁铁支撑件4、悬浮磁铁5、稳定电磁铁6、悬浮电磁铁7和驱动线圈8，反射镜1设于支撑板3上，驱动磁铁2设上下各一块，设于支撑板3的下方，N极和S极面对面排列；悬浮磁铁5设4块，分别设置于支撑板3底部的4个角，稳定电磁铁6设4组，为长方形，悬浮磁铁5放置在稳定电磁铁6的线圈中；悬浮电磁铁7设4组，为长方形，悬浮磁铁5设于悬浮电磁铁7线圈的上方，悬浮电磁铁7产生的磁极与悬浮磁铁5的下方磁极相同，从而产生排斥力，使支撑板3悬浮。通电的驱动线圈8空套在驱动磁铁2上，在驱动线圈中通以不同方向的电流可以使支撑板3左右运动。
图4为电磁悬浮原理图，当悬浮电磁铁中通过电流时，线圈产生的磁场和磁铁产生的磁场同极，从而将磁铁浮起。当磁铁处在线圈的对称位置时，磁铁并不产生侧向力和力矩，但这是一不稳定的位置，所以对于排斥力产生的磁场，总是在侧向产生不稳定的力和力矩，一种消除的方法是增加侧向稳定电磁铁，图5给出其侧向稳定原理。当磁铁处在两导线中间时，导线中通以同向电流，则磁铁产生推拉力，该力可以平衡悬浮时产生的侧向力，但是侧向产生的力矩并没有被平衡。最后的悬浮电磁铁和稳定电磁铁排列如图6左图所示，图6的右图为动镜驱动原理图。当导线中通过电流时，根据电磁理论，将产生驱动力，推动镜子移动。
图7是动镜系统受力图，系统有6个自由度，3个平移自由度和3个旋转自由度，必须对这些自由度进行控制。在图7中，Fz是悬浮力，是稳定力；Fx是电磁驱动力，也是稳定力，它推动动镜系统运动；Fy1、Fy2、Fy3、Fy4为悬浮时产生的侧向力，该力是不稳定力；F’y1、F’y2、F’y3、F’y4是稳定线圈产生的侧向力，该力平衡Fy，但注意该力也是不稳定力。在镜子运动前，可以通过Fz控制z轴平移自由度，绕y轴的旋转自由度，绕x轴的旋转自由度，因为Fz1、Fz2、Fz3、Fz4是由不同线圈控制，只要通以不同的电流就可以控制上述自由度，x轴的平移由电磁力Fx控制。
另外，沿y轴的平移和绕z轴的旋转自由度都是由不稳定力控制的，不能静态平衡，必须用反馈控制的方法进行动态平衡。所以在设计控制系统时，只要对这两个参数进行控制即可。
另外，横向的不稳定力矩可以利用动镜的对称性给予消除。
权利要求1.傅立叶变换红外光谱干涉仪动镜的电磁悬浮和驱动装置，其特征在于设有反射镜、驱动磁铁、支撑板、驱动磁铁支撑件、悬浮磁铁、稳定电磁铁、悬浮电磁铁和驱动线圈，反射镜设于支撑板上，驱动磁铁设上下各一块并设于支撑板的下方，驱动磁铁的N极和S极面对面排列；悬浮磁铁设4块，分别设置于支撑板底部的4个角，稳定电磁铁设4组，为长方形，悬浮磁铁放置在稳定电磁铁的线圈中；悬浮电磁铁设4组，为长方形，悬浮磁铁设于悬浮电磁铁线圈的上方，悬浮电磁铁产生的磁极与悬浮磁铁的下方磁极相同；通电的驱动线圈空套在驱动磁铁上。
专利摘要傅立叶变换红外光谱干涉仪动镜的电磁悬浮和驱动装置，涉及一种傅立叶变换红外光谱干涉仪，提供一种改进的，利用电磁悬浮技术代替气悬浮，利用磁场中的通电导线产生的力驱动动镜移动，从而将悬浮和驱动一体化，结构简化，容易调整姿态的傅立叶变换红外光谱干涉仪动镜的电磁悬浮和驱动装置。设有反射镜、驱动磁铁、支撑板、驱动磁铁支撑件、悬浮磁铁、稳定电磁铁、悬浮电磁铁和驱动线圈，反射镜设于支撑板上，驱动磁铁设于支撑板的下方；悬浮磁铁设于支撑板底部的4个角，稳定电磁铁设4组，悬浮磁铁放置在稳定电磁铁的线圈中；悬浮电磁铁设4组，悬浮磁铁设于悬浮电磁铁线圈的上方，驱动线圈空套在驱动磁铁上。
文档编号G02B7/00GK2775651SQ20052000446
公开日2006年4月26日 申请日期2005年2月21日 优先权日2005年2月21日
发明者席文明 申请人:厦门大学