电极笼电极正对面积测量装置及测量方法

本发明涉及几何量计量测试，尤其涉及一种利用干涉仪分光测量的电极笼电极正对面积测量装置及测量方法。

背景技术：

1、空间引力波探测所采用的电容式惯性传感器主要包括测试质量(test mass，tm)，电极笼以及前端电子学。电极笼上包含多组对称布置的电容极板，可以通过测量测试质量与电容极板之间的电容值得到测试质量与电容极板的距离，进而得到测试质量相对航天器的位姿。然后在电容极板上施加电压，使测试质量和电容极板之间产生静电力，从而实现对测试质量多个自由度的静电控制。

2、沿测试质量的敏感轴方向，电极笼上有两组对称布置的电容极板，由于加工过程中误差不可避免，每组电极间必然存在不对称情况，电极不对称性对于系统量程的损耗有直接的影响。该两组电极的面积不对称性要求为：δa<5％。电极安装在电极笼的内表面，即电极位于电极笼的内部，无法通过常规测量设备直接测量每一对电极的电极面积偏差。

3、通常采用三坐标接触法，测量其内表面电极与外表面的相对位置，之后通过测量电极笼的外表面从而间接得到电极笼内表面上电极的位置。三坐标测量法为间接测量，即通过测量电极笼的外表面从而间接得到电极笼内表面上电极的位置，误差较大。并且该方法采用的是接触测量，会影响电极的表面质量。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种能直接测量电极笼内表面两组电极的正对面积的非接触式测量方法及相应的测量装置。

2、本发明提供一种电极笼电极正对面积测量装置，所述测量装置包括依次排列设置的干涉仪，起偏器，第一四分之一波片，偏振分光棱镜，第二四分之一波片以及反射镜；

3、所述干涉仪的出射光依次经过所述起偏器和所述第一四分之一波片后，被所述偏振分光棱镜分成第一p偏振光和第一s偏振光；所述偏振分光棱镜与电极成45度设置。

4、本发明还提供一种电极笼电极正对面积测量方法，所述测量方法通过上述的电极笼电极正对面积测量装置实现，所述电极笼的内表面包括两组电极，所述两组电极包括第一待测电极组和第二待测电极组。

5、优选的，所述测量方法包括步骤：

6、s1、所述干涉仪的出射光依次经过所述起偏器和所述第一四分之一波片后，被所述偏振分光棱镜分成第一p偏振光和第一s偏振光；

7、s2、所述第一s偏振光经过所述第一待测电极组和所述偏振分光棱镜的反射，回到所述干涉仪的出射光路；

8、s3、所述第一p偏振光透射通过所述偏振分光棱镜后，经过所述第二四分之一波片，再被所述反射镜反射，所述第一p偏振光变为第二s偏振光；

9、s4、所述第二s偏振光经过所述第二待测电极组和所述偏振分光棱镜的反射，回到所述反射镜的反射光路；

10、所述第二s偏振光在所述反射光路光中，两次经过所述第二四分之一波片后，变为第二p偏振光；所述第二p偏振光透射通过所述偏振分光棱镜，回到所述干涉仪的出射光路；

11、s5、所述第一s偏振光与所述第二p偏振光汇聚，经过所述第一四分之一波片和所述起偏器后进行干涉，通过所述干涉仪观察反射回来的波前，通过计算干涉部分的像素数和非干涉部分的像素数，计算得到所述第一待测电极组与所述第二待测电极组的实际正对面积。

12、优选的，所述反射镜为平面镜。

13、优选的，所述平面镜的面形均方根值rms<λ/20。

14、优选的，所述电极笼的内部尺寸为52mm×52mm×52mm，所述电极组的外形包络尺寸为36mm×36mm；所述偏振分光棱镜的尺寸为50mm×50mm×50mm，所述第一四分之一波片的直径>51mm，所述反射镜的直径>51mm。

15、本发明提供的电极笼电极正对面积测量装置及测量方法，利用了偏振分光棱镜分光，通过合理设计光路，从而在测量装置和电极笼不重复拆卸的情况下，实现电极笼内表面上两组电极的正对面积的原位高精度测量；此外，与常规的三坐标测量手段相比，该方法采用的是非接触测量，不会影响电极的表面质量；而且，本发明提供的电极笼电极正对面积测量装置及测量方法，解决了电极笼中正对电极“外框封闭难接触”、“安装后原位测量校准”的问题。

技术特征：

1.一种电极笼电极正对面积测量装置，其特征在于，所述测量装置包括依次排列设置的干涉仪，起偏器，第一四分之一波片，偏振分光棱镜，第二四分之一波片以及反射镜；

2.一种电极笼电极正对面积测量方法，其特征在于，所述测量方法通过权利要求1所述的电极笼电极正对面积测量装置实现，所述电极笼的内表面包括两组电极，所述两组电极包括第一待测电极组和第二待测电极组。

3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括步骤：

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述反射镜为平面镜。

5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述平面镜的面形均方根值rms<λ/20。

6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述电极笼的内部尺寸为52mm×52mm×52mm，所述电极组的外形包络尺寸为36mm×36mm；所述偏振分光棱镜的尺寸为50mm×50mm×50mm，所述第一四分之一波片的直径>51mm，所述反射镜的直径>51mm。

技术总结
本发明涉及几何量计量测试技术领域，尤其涉及一种利用干涉仪分光测量的电极笼电极正对面积测量装置及测量方法；所述测量装置包括依次排列设置的干涉仪，起偏器，第一四分之一波片，偏振分光棱镜，第二四分之一波片以及反射镜；所述干涉仪的出射光依次经过所述起偏器和所述第一四分之一波片后，被所述偏振分光棱镜分成第一P偏振光和第一S偏振光；本发明利用了偏振分光棱镜分光，通过合理设计光路，从而在测量装置和电极笼不重复拆卸的情况下，实现电极笼内表面上两组电极的正对面积的原位高精度测量；此外，与常规的三坐标测量手段相比，该方法采用的是非接触测量，不会影响电极的表面质量。

技术研发人员：王上,李华东,刘磊,王智,李祺
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13