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干涉式大氣垂直探測儀是氣象衛(wèi)星上搭載的主要紅外遙感儀器之一。它利用大氣和地球表面的紅外輻射性質(zhì)，在空間遙感大氣溫度、濕度和大氣成分的垂直分布，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、快速、連續(xù)和并且長期的氣象測量。
干涉分光系統(tǒng)是大氣垂直探測儀重要的組成部分之一，主要功能是使輸入的紅外光波產(chǎn)生自調(diào)制，并提供動鏡調(diào)相位移信號。動鏡支撐系統(tǒng)中的面彈簧是干涉分光系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是要求最高的精密部件，被用來取代軸承對動鏡起支撐和導(dǎo)向作用，彌補(bǔ)了用軸承支撐時存在間隙和磨損的不利因素，是動鏡實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動，產(chǎn)生調(diào)相位移信號的重要保障。
本研究根據(jù)干涉式大氣垂直探測儀總體要求和面彈簧在干涉系統(tǒng)中的具體功能制定了面彈簧的設(shè)計目標(biāo)：面彈簧在工作過程中需要具有較大剛度比和足夠的軸向行程。利用有限元分析方法對面彈簧進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，通過對比不同縫形面彈簧在軸向拉伸過程中的軸向剛度、徑向剛度、剛度比，確定了螺旋縫形是相對最優(yōu)縫形。
迄今為止，國內(nèi)尚無對螺旋縫形面彈簧進(jìn)行系統(tǒng)研究的報道，國外也僅限于對標(biāo)準(zhǔn)螺旋縫形的研究。本研究通過對螺旋縫形面彈簧的系統(tǒng)分析，得到了螺旋線方程中的基圓半徑r0、旋轉(zhuǎn)角度θ1、螺距α、指數(shù)b等參數(shù)在面彈簧軸向拉伸過程中對其軸向剛度、徑向剛度、剛度比的影響，首次提出指數(shù)b，擴(kuò)展了對螺旋縫形面彈簧研究的范圍。有限元分析結(jié)果為螺旋縫形面彈簧的設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。
入射光束經(jīng)過分束器被分成兩束，一束透射到動鏡上，一束反射到定鏡上，兩光束由動鏡和定鏡反射再經(jīng)過分束器疊加在一起。由于動鏡沿光線方向直線往復(fù)運(yùn)動使得兩反射光束產(chǎn)生光程差，兩反射光束經(jīng)分束器合束后發(fā)生干涉，干涉光束通過組合場鏡聚焦到紅外探測器上，紅外探測器將光信號轉(zhuǎn)化成干涉圖電信號，再進(jìn)行傅里葉變換，最終得到光譜圖。
兩反射光經(jīng)分束器合束后的波面要完全重合，才能獲得好的干涉性能，如果有相對傾斜，就會影響干涉信號質(zhì)量，這就要求動鏡在直線往復(fù)運(yùn)動中保證平動，不能發(fā)生傾斜。動鏡在直線往復(fù)運(yùn)動的過程中，受到干擾力(包括直線電機(jī)提供的力不嚴(yán)格沿電機(jī)軸方向，而產(chǎn)生了徑向分力的影響，使得支撐電機(jī)軸的兩片面彈簧產(chǎn)生徑向跳動，導(dǎo)致電機(jī)軸和動鏡發(fā)生傾斜，經(jīng)動鏡反射的光束也隨之傾斜，這樣通過分束器合束的兩束光不能完全重合，最終導(dǎo)致干涉信號調(diào)制度的下降。根據(jù)干涉式大氣垂直探測儀總體要求，動鏡運(yùn)動最大傾斜角度不能超過30°，為了達(dá)到這個非常嚴(yán)格的指標(biāo)，必須對面彈簧進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計。
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