引言

Fabry-Pérot（简称F-P）干涉仪由Fabry和Pérot于1899年提出[1]，具有极强的光谱分辨本领，在天文、通信和环境检测等多个方面都有广泛应用。F-P的高透过率、较大通光孔径和中心波长易调节都使它成为很理想的微光探测仪器。此外，F-P采用不同的腔体材质和膜层介质可以让其在各个波长范围内使用[2]。天文上实际使用的F-P滤光器由光学机械部件和控制器两大核心组成。光学核心部件是两块严格平行的光学平板，实现极窄带滤光，并通过调节平板间距实现中心波长扫描。

F-P要实现高透过率和强光谱分辨本领，需要确保平行玻璃板的平行度，以及板间距离的稳定精确的调节，这一功能由电路控制系统实现，即由F-P控制器实现。本文延用基于压电陶瓷促动器的电容式伺服F-P电路控制系统并做了重要改进。电容式伺服F-P控制系统基于差分电容原理，利用差分电容传感器将F-P滤光器平行板的平行度信息转化为电压信号进行测量，并将电压信号作用在压电陶瓷促动器上实现闭环负反馈控制。

F-P滤光器平行板上电容电极板和压电陶瓷促动器布置方式多种多样，如图1所示，F-P平板内侧上下表面镀制上导电膜，当两个平行板相对放置时，会形成5个电容器，与一个外接的参考电容器一起组成了3条通道（图2），其中x通道和y通道用来检测F-P滤光器平行板x、y方向的平行度，z通道的电容与外接标准电容相连，用来检测间距变化。

图1　F-P滤光器电容对与陶瓷压电促动器示意图

在前人成功的技术路线中，普遍采用电路产生两路等大反相信号以驱动电容差分测量电路，输出携带平行度信息的电压信号，经由相敏检波电路检出后驱动压电陶瓷促动器改变平行度和间距，实现负反馈调节。

图2　典型电容式F-P模拟控制电路简化图

三条通道电路一致，以其中一条为例。在x路，Jones等人采用变压器产生两路等大反相的正弦波驱动信号，驱动差分电容检测电路检测极微弱信号，并采用方波与正弦波相乘的“Chopper”方式实现相敏检波。当使用变压器时，由于工艺的限制，绕组无法对称，难以产生真正的对称正弦波，Jones等人采用了复杂的补偿电路，未解决这一问题[3]。为此，王良凯等人将这部分电路改进为运放实现，信号对称度达到10-6，系统稳定时间可达到4小时，但随时间漂移的问题仍没有根本解决[4]。

其二，对于相敏检波部分，理论上，应当采用正弦参考信号与待测信号（即差分电容对的输出信号）相关，王良凯等人估算出此时相位裕度约为，然而，当采用“Chopper”方式进行相关时，相位宽容度急剧下降，MATLAB仿真显示1°的相位漂移即可导致检出误差超过容许范围，而传统的基于RC的移相电路，1°的稳定度是难以实现的。

根据上述分析，结合电子技术近期发展，本设计提出两个改进点：

（1）不再使用对称正弦波驱动差分电容对，而采用单一正弦波驱动；

（2）将模拟相敏检波器（Phase Sensitive Detection，PSD）改进为数字相敏检波器（Digital Phase Sensitive Detection，DPSD），从而真正实现相关运算。

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作者信息：

史会贤1，2，马琳1，3，许骏1，3

（1.中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216；

2.中国科学院大学，北京 101408；

3.云南省太阳物理与空间目标监测重点实验室，云南 昆明 650216）