專利名稱：光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置與檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置與方法。
背景技術(shù)：
光學平臺是一種大學和科研單位實驗室普遍使用的基礎(chǔ)性實驗設(shè)施。在使用光學平臺進行實驗時，確切了解平臺的固有頻率和振動情況十分重要。目前常用光學干涉法檢測光學平臺振動特性，干涉儀器采用邁克爾遜儀、馬赫-澤德干涉儀，測量原理是通過干涉條紋的變化頻率確定平臺的固有頻率，通過干涉條紋變化幅度確定平臺的振動振幅。但是， 這些方法存在以下缺陷I抗干擾能力差干涉圖樣的變化中，除了平臺振動能夠引起條紋變化外，空氣的流動等環(huán)境因素同樣會引起干涉條紋的變化；2測量系統(tǒng)復(fù)雜所用儀器屬于干涉儀，干涉儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光學元器件質(zhì)量要求聞。3、調(diào)試難度大測量時光學儀器光學元件多，元器件精度要求高，調(diào)試難度大。4、測量中引起干涉條紋移動的直接原因是干涉儀兩臂光程的相對差的變化。雖然平臺臺面的振動可以引起光程差的變化，但光程差的變化與臺面振動并無明確的解析關(guān)系。顯然研制一種抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)相對簡單，測試方便且直接測量量與平臺臺面振動有明確關(guān)系的光學平臺振動特性檢測裝置和方法具有一定的技術(shù)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題在于克服上述測量儀器和設(shè)備的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、零部件少、測量結(jié)果直觀的光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題在于提供一種使用光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置檢測光學平臺固有頻率的檢測方法。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在與水槽聯(lián)接的支架上左側(cè)設(shè)置有激光器，激光器上設(shè)置有通過導(dǎo)線與計算機相連的CCD攝像頭，激光器的激光出射方向上設(shè)置內(nèi)裝有水的水槽，水槽上設(shè)置有顯示屏。本發(fā)明的水槽為兩個無底的框架，該框架設(shè)置在被檢測光學平臺上表面構(gòu)成連為一體的前水槽和后水槽，前水槽和后水槽內(nèi)裝有水，支架上激光器右側(cè)光出射方向上設(shè)置有分束鏡，支架上分束鏡的透射光方向設(shè)置有分束反射鏡， 支架上分束鏡的反射光方向上設(shè)置有前反射鏡，分束反射鏡反射光方向上設(shè)置有后反射鏡，前水槽和后水槽的左側(cè)上端中心線每一個反射鏡的反射光方向上設(shè)置有I個光闌。本發(fā)明的框架為矩形框架，該矩形框架用分隔板分隔成兩個相同的正方形框架。
本發(fā)明的前水槽和后水槽內(nèi)的水位高低不相同。本發(fā)明的前水槽與后水槽內(nèi)的水位差為40mm。使用上述光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置檢測光學平臺振動特性的檢測方
4法，由下述步驟組成I、在前水槽、后水槽內(nèi)分別注入蒸餾水，前水槽與后水槽的水位差為40mm。2、分別調(diào)整前反射鏡和后反射鏡的角度至前反射鏡和后反射鏡的反射光通過光闌與分隔板平行，使前反射鏡的反射激光束在前水槽水面上的入射點位于前水槽對角線相交的中心位置、反射激光束與前水槽內(nèi)水面的入射角為88. 5°，后反射鏡的反射激光束在后水槽水面上的入射點位于后水槽對角線相交的中心位置、反射激光束與后水槽內(nèi)水面的入射角為88. 5°。3、在分隔板右端延長線上距分隔板右端200mm光學平臺的臺面上，用質(zhì)量為300g 的帶圓錐體橡膠頭的重錘，由7cm高處自由落下單擊臺面，水槽內(nèi)光學平臺的振動在前水槽和后水槽內(nèi)水面上形成振幅不同的水面波，水面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射，在顯示屏上呈現(xiàn)出條紋間距相等的兩列干涉條紋，按顯示屏上Imm長度對應(yīng)CCD攝像頭所攝圖像中25個像素個數(shù)標定像素當量，用CXD攝像頭連續(xù)采集顯示屏上的干涉條紋，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到計算機，選擇連續(xù)采集的兩列干涉條紋中各自條紋個數(shù)最多一列干涉條紋， 并分別對選擇的干涉條紋個數(shù)計數(shù)，計算機按下式A0 = I. 888^-0. 944 (N2+1)計算前水槽和后水槽內(nèi)光學平臺的受激振動振幅，式中Atl為前水槽和后水槽內(nèi)光學平臺的振動振幅、單位為UnuN1為前水槽內(nèi)水的表面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射在顯示屏上呈現(xiàn)的條紋個數(shù)最多的一列干涉條紋個數(shù)，N2為后水槽內(nèi)水的表面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射在顯示屏上同步呈現(xiàn)的條紋個數(shù)最多的一列干涉條紋個數(shù)。測量干涉條紋的間距d所對應(yīng)的像素數(shù)，得到條紋間距d的長度，并按下式F = O. 707d3/2計算光學平臺的固有頻率f、單位為Hz，d為干涉條紋的間距、單位為mm。本發(fā)明的有益效果I、本發(fā)明與邁克爾遜干涉儀相比，具有較好的抗干擾能力，并能定量測量光學平臺臺面的振動振幅。2、本發(fā)明與邁克爾遜干涉儀相比，結(jié)構(gòu)簡單，檢測簡便，顯示直觀。3、本發(fā)明與現(xiàn)有聲光調(diào)制法測量液體表面波相比，采用兩個水位高度不同的水槽，不僅能直接獲取各自表面波的參數(shù)，而且獲得光學平臺的振動參數(shù)。4、本發(fā)明與現(xiàn)有聲光調(diào)制法測量液體表面波相比，兩個水槽的雙光路具有差分測量的特性，更好地穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的俯視圖。圖3是實施例I的前水槽10水面波調(diào)制反射激光束所形成的干涉條紋照片。圖4是實施例I的后水槽13水面波調(diào)制反射激光束所形成的干涉條紋照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和各實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。實施例I在圖I中，本實施例的光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置由計算機I、支架2、 CXD攝像頭3、激光器4、分束鏡5、分束反射鏡6、前反射鏡7、光闌8、顯示屏9、前水槽10、后反射鏡12、后水槽13、分隔板14聯(lián)接構(gòu)成。在支架2上的左側(cè)用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有激光器4，激光器4的波長為632. 8nm，激光器4上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有CXD攝像頭3，CXD攝像頭3通過導(dǎo)線與計算機I相連，在支架2上激光器4的右側(cè)光出射方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有分束鏡5，支架2上分束鏡5的透射光方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有分束反射鏡6，分束鏡5和分束反射鏡6的角度可調(diào)，由激光器4射出的激光束到分束鏡5后分成兩束波長為632. 8nm激光射出。支架2上分束鏡5的反射光方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有前反射鏡7，支架2上分束反射鏡6反射光方向用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有后反射鏡12,前反射鏡7和后反射鏡12用于反射入射激光，前反射鏡7和后反射鏡12 可以轉(zhuǎn)動調(diào)整反射激光的方向。支架2的右側(cè)用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有水槽。本實施例的水槽為一個長方形框架中間用分隔板14隔開成兩個無底的正方形框架，在檢測光學平臺時，兩個無底的正方形框架用密封膠粘接在被檢測的光學平臺11上表面構(gòu)成連為一體的前水槽10和后水槽13，前水槽10和后水槽13的長X寬為20 X 20cm2，前水槽10 和后水槽13內(nèi)裝有水，前水槽10內(nèi)的水面高度為80mm，后水槽13的水面高度為40mm。前水槽10的左側(cè)壁上端中心線前反射鏡7的反射光方向上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有I個光闌8，后水槽13的左側(cè)壁上端中心線后反射鏡12的反射光方向上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有I個光闌8，光闌8的孔徑為2. 3mm。前水槽10和后水槽13的右側(cè)壁上部用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有顯示屏9。經(jīng)前反射鏡7和后反射鏡12反射的光束， 分別穿過每一個水槽上的光闌8入射到水面上，經(jīng)水面調(diào)制反射到顯示屏9上呈現(xiàn)出間距相等的兩列干涉條紋，一列干涉條紋的間距與另一列干涉條紋的間距相等。采用上述光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置檢測型號為GSZ-2的光學平臺11 振動特性的方法如下I、在前水槽10、后水槽13內(nèi)分別注入蒸餾水，前水槽10內(nèi)蒸餾水的水位高度為 80mm，后水槽13內(nèi)蒸餾水的水位高度為40mm。2、分別調(diào)整前反射鏡7和后反射鏡12的角度至前反射鏡7和后反射鏡12的反射光通過光闌8與分隔板14平行，使前反射鏡7的反射激光束在前水槽10水面上的入射點位于前水槽10對角線相交的中心位置、反射激光束與前水槽10內(nèi)水面的入射角為88. 5°， 后反射鏡12的反射激光束在后水槽13水面上的入射點位于后水槽13對角線相交的中心位置、反射激光束與后水槽13內(nèi)水面的入射角為88. 5°。3、在分隔板14右端延長線上距分隔板14右端200mm的光學平臺11臺面上，用質(zhì)量為300g的帶圓錐體橡膠頭的重錘，由7cm高處自由落下單擊臺面，水槽內(nèi)光學平臺11的振動在前水槽10和后水槽13內(nèi)水表面形成振幅不同的水面波，水面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射，在顯示屏9上呈現(xiàn)出兩列間距相等的干涉條紋，一列干涉條紋的間距與另一列干涉條紋的間距相等。按顯示屏9上Imm長度對應(yīng)CXD攝像頭3所攝圖像中25個像素個數(shù)標定像素當量，用CXD攝像頭3按每秒16幅連續(xù)采集顯示屏9上的干涉條紋，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到計算機I，選擇連續(xù)采集的兩列干涉條紋中各自條紋個數(shù)最多一列干涉條紋，并分別對選擇的干涉條紋個數(shù)計數(shù)。如圖3、圖4所示，圖3為前水槽10形成的干涉條紋,干涉條紋有14個，圖4為后水槽13形成的干涉條紋，干涉條紋有9個；計算機I按下式 A0 = I. 888^-0. 944 (N2+1)計算前水槽10和后水槽13底部光學平臺11的受激振動振幅，式中Atl為前水槽 10和后水槽13內(nèi)光學平臺11的振動振幅、為2. 83 μ m, N1為前水槽10內(nèi)水面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射在顯示屏9上呈現(xiàn)的條紋個數(shù)最多的一列干涉條紋個數(shù)、為14個，N2為后水槽13內(nèi)水面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射在顯示屏9上同步呈現(xiàn)的條紋個數(shù)最多的一列干涉條紋個數(shù)、為9個；測量干涉條紋的間距d所對應(yīng)的像素數(shù)為66個，得到干涉條紋間距d的長度為2. 64mm,計算機I按下式f = O. 707d3/2計算光學平臺11的固有頻率f、單位為Hz, d為干涉條紋的間距、單位為mm,計算結(jié)果得光學平臺11的固有頻率f為3. 03Hz。
權(quán)利要求
1.一種光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置，在與水槽聯(lián)接的支架(2)上左側(cè)設(shè)置有激光器(4)，激光器(4)上設(shè)置有通過導(dǎo)線與計算機(I)相連的CCD攝像頭(3)，激光器(4) 的激光出射方向上設(shè)置內(nèi)裝有水的水槽，水槽上設(shè)置有顯示屏(9)，其特征在于所述的水槽為兩個無底的框架，該框架設(shè)置在被檢測光學平臺(11)上表面構(gòu)成連為一體的前水槽(10)和后水槽(13)，前水槽(10)和后水槽(13)內(nèi)裝有水，支架⑵上激光器⑷右側(cè)光出射方向上設(shè)置有分束鏡(5)，支架(2)上分束鏡(5)的透射光方向設(shè)置有分束反射鏡(6)， 支架(2)上分束鏡(5)的反射光方向上設(shè)置有前反射鏡(7),分束反射鏡(6)反射光方向上設(shè)置有后反射鏡(12)，前水槽(10)和后水槽(13)的左側(cè)上端中心線每一個反射鏡的反射光方向上設(shè)置有I個光闌⑶。
2.按照權(quán)利要求I所述的光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置，其特征在于所述的框架為矩形框架，該矩形框架用分隔板(14)分隔成兩個相同的正方形框架。
3.按照權(quán)利要求I所述的光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置，其特征在于所述的前水槽(10)和后水槽(13)內(nèi)的水位高低不相同。
4.按照權(quán)利要求3所述的光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置，其特征在于所述的前水槽(10)與后水槽(13)內(nèi)的水位差為40_。
5.一種使用權(quán)利要求I光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置檢測光學平臺振動特性的檢測方法，其特征在于它由下述步驟組成A.在前水槽(10)、后水槽(13)內(nèi)分別注入蒸餾水，前水槽(10)與后水槽(13)的水位差為40mm ；B.分別調(diào)整前反射鏡(7)和后反射鏡(12)的角度至前反射鏡(7)和后反射鏡(12)的反射光通過光闌(8)與分隔板(14)平行，使前反射鏡(7)的反射激光束在前水槽(10)水面上的入射點位于前水槽(10)對角線相交的中心位置、反射激光束與前水槽(10)內(nèi)水面的入射角為88. 5° ,后反射鏡(12)的反射激光束在后水槽(13)水面上的入射點位于后水槽(13)對角線相交的中心位置、反射激光束與后水槽(13)內(nèi)水面的入射角為88. 5° ；C.在分隔板(14)右端延長線上距分隔板(14)右端200mm光學平臺(11)的臺面上， 用質(zhì)量為300g的帶圓錐體橡膠頭的重錘，由7cm高處自由落下單擊臺面，水槽內(nèi)光學平臺(11)的振動在前水槽(10)和后水槽(13)內(nèi)水面上形成振幅不同的水面波，水面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射，在顯示屏(9)上呈現(xiàn)出條紋間距相等的兩列干涉條紋，按顯示屏(9) 上Imm長度對應(yīng)CCD攝像頭所攝圖像中25個像素個數(shù)標定像素當量，用CCD攝像頭(3)連續(xù)采集顯示屏(9)上的干涉條紋，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到計算機(1)，選擇連續(xù)采集的兩列干涉條紋中各自條紋個數(shù)最多一列干涉條紋，并分別對選擇的干涉條紋個數(shù)計數(shù)，計算機⑴按下式A0 = I. 888N! 一 O. 944 (N2+l)計算前水槽(10)和后水槽(13)內(nèi)光學平臺(11)的受激振動振幅，式中Atl為前水槽 (10)和后水槽(13)內(nèi)光學平臺(11)的振動振幅、單位為μπι，N1為前水槽(10)內(nèi)水的表面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射在顯示屏(9)上呈現(xiàn)的條紋個數(shù)最多的一列干涉條紋個數(shù)，N2為后水槽(13)內(nèi)水的表面波對入射激光束產(chǎn)生調(diào)制反射在顯示屏(9)上同步呈現(xiàn)的條紋個數(shù)最多的一列干涉條紋個數(shù)；測量干涉條紋的間距d所對應(yīng)的像素數(shù)，得到干涉條紋間距d的長度，并按下式F = O. 707d3/2計算光學平臺(11)的固有頻率f、單位為Hz，d為干涉條紋的間距、單位為mm。
全文摘要
一種光學平臺振動特性聲光調(diào)制檢測裝置，在與水槽聯(lián)接的支架上左側(cè)設(shè)激光器，激光器上設(shè)通過導(dǎo)線與計算機相連的CCD攝像頭，激光器的激光出射方向上設(shè)內(nèi)裝有水的水槽，水槽上設(shè)顯示屏。該水槽為兩個無底的框架，該框架設(shè)置在被檢測光學平臺上表面構(gòu)成連為一體的前水槽和后水槽，前水槽和后水槽內(nèi)裝有水，支架上激光器右側(cè)光出射方向上設(shè)置有分束鏡，支架上分束鏡的透射光方向設(shè)分束反射鏡，支架上分束鏡的反射光方向上設(shè)前反射鏡，分束反射鏡反射光方向上設(shè)后反射鏡，前水槽和后水槽的左側(cè)上端中心線每一個反射鏡的反射光方向上設(shè)置有1個光闌。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，檢測簡便，顯示直觀等優(yōu)點，可用于檢測光學平臺的振動特性。
文檔編號G01H9/00GK102607693SQ20121008324
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者張宗權(quán), 楊宗立, 王文成, 苗潤才 申請人:西安航空技術(shù)高等?？茖W校