本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測裝置及方法。本發(fā)明專利技術(shù)所述的檢測裝置，主要包括邁克爾遜干涉儀、信號控制器、光電探測器和數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術(shù)運(yùn)用邁克爾遜干涉原理進(jìn)行光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對壓電陶瓷施加掃描電壓，產(chǎn)生光程差并得到干涉條紋，利用光電探測器探測干涉光上某點(diǎn)的光強(qiáng)變化，通過數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)得到電壓-光強(qiáng)變化曲線來判斷壓電陶瓷的相對位置變化，從而判斷壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性。本發(fā)明專利技術(shù)在考察壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)方面提供了簡單有效、測量精度高、具有通用性且易于使用的檢測裝置及方法。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)涉及。本專利技術(shù)所述的檢測裝置，主要包括邁克爾遜干涉儀、信號控制器、光電探測器和數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)。本專利技術(shù)運(yùn)用邁克爾遜干涉原理進(jìn)行光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對壓電陶瓷施加掃描電壓，產(chǎn)生光程差并得到干涉條紋，利用光電探測器探測干涉光上某點(diǎn)的光強(qiáng)變化，通過數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)得到電壓-光強(qiáng)變化曲線來判斷壓電陶瓷的相對位置變化，從而判斷壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性。本專利技術(shù)在考察壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)方面提供了簡單有效、測量精度高、具有通用性且易于使用的檢測裝置及方法。【專利說明】—種壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測裝置及方法
本專利技術(shù)涉及精密器件的位移頻率響應(yīng)檢測領(lǐng)域，具體涉及。
技術(shù)介紹
壓電陶瓷具有響應(yīng)快、精度高、適用頻率范圍寬、體積小、不吸潮、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于精密儀器、機(jī)械控制、微電子技術(shù)、生物工程、光學(xué)工程等領(lǐng)域。在一些動(dòng)作速度快、位移精度高的使用場合，要求壓電陶瓷有位移響應(yīng)快、頻率平坦的特點(diǎn)，因此需要測試壓電陶瓷在不同電壓、頻率下的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)性質(zhì)。現(xiàn)階段，關(guān)于壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的測試方法較少，運(yùn)用的手段常為速度傳感法、應(yīng)變片反饋法。但運(yùn)用這些手段的檢測裝置過于復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)困難，測試精度不高，且對傳感器響應(yīng)速度要求苛刻，制造成本高。因此，如何能方便快捷且高精度的檢測壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)成為一個(gè)亟待解決的問題。而利用光學(xué)干涉手段檢測的方法簡單、且通用性較強(qiáng)，易于在實(shí)驗(yàn)室中使用，可測量壓電陶瓷在不同掃描波形頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，測量精度可達(dá)納米級，適用于要求極高的光學(xué)諧振腔中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了，具有簡單有效、測量精度高、具有通用性且易于使用的優(yōu)點(diǎn)。 本專利技術(shù)的光學(xué)檢測裝置包括了邁克爾遜干涉儀、信號控制器、光電探測器和數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)，其中所述邁克爾遜干涉儀雙光束臂分別為參考臂和測量臂，待檢測的壓電陶瓷緊固于所述測量臂中的移動(dòng)反光鏡后，所述移動(dòng)反光鏡隨所述壓電陶瓷形變在光路方向發(fā)生位移；所述信號控制器向所述壓電陶瓷施加掃描電壓；所述邁克爾遜干涉儀干涉光出射至所述光電探測器；光電探測器探測干涉光選定點(diǎn)的光強(qiáng)并輸出信號至所述數(shù)據(jù)采集顯不系統(tǒng)。 優(yōu)選的，所述邁克爾遜干涉儀包括單色光源、擴(kuò)束鏡組件、分光鏡、參考反光鏡和移動(dòng)反光鏡。更優(yōu)選的，所述參考反光鏡設(shè)置在所述參考臂中，所述移動(dòng)反光鏡設(shè)置在所述測量臂中。 優(yōu)選的，所述干涉光出射光路依次設(shè)置偏轉(zhuǎn)反光鏡和小孔光闌，所述干涉光經(jīng)小孔光闌后射入所述光電探測器。 優(yōu)選的，所述信號控制器向壓電陶瓷施加連續(xù)的掃描電壓信號。 本專利技術(shù)的光學(xué)檢測方法，包括以下步驟: 步驟1:將邁克爾遜干涉儀中雙干涉臂之一作為測量臂，所述測量臂中設(shè)置移動(dòng)反光鏡；將另一臂作為參考臂； 步驟2:將待檢測壓電陶瓷緊固于邁克爾遜干涉儀中的移動(dòng)反光鏡后，使移動(dòng)反光鏡可隨所述壓電陶瓷形變在光路方向上發(fā)生位移； 步驟3:向所述壓電陶瓷施加掃描電壓，使所述壓電陶瓷隨掃描電壓發(fā)生形變； 步驟4:所述邁克爾遜干涉儀使用單色光源，選定輸出的干涉條紋上的一點(diǎn)，探測并采集該點(diǎn)光強(qiáng)隨所述掃描電壓的變化； 步驟5:改變所述掃描電壓的頻率，得到不同掃描頻率下的待檢測壓電陶瓷頻率響應(yīng)特性曲線。 優(yōu)選的，所述參考臂與測量臂的長度均小于所述單色光源的相干長度。 優(yōu)選的，所述邁克爾遜干涉儀輸出的干涉光使用小孔光闌成像。 優(yōu)選的，所述步驟3中向壓電陶瓷兩端分別施加掃描電壓。 更優(yōu)選的，所述壓電陶瓷兩端的掃描電壓為不同波形。 根據(jù)上述檢測方法，由邁克爾遜干涉儀的單色光源發(fā)出的單色光經(jīng)過其擴(kuò)束鏡組件擴(kuò)束后依次經(jīng)過分光鏡分為兩束光，兩路光束分別通過參考反光鏡和移動(dòng)反光鏡反射并原路返回至分光鏡，兩束光的光程長度不同，即存在光程差Λχ，經(jīng)由分光鏡匯總形成干涉光。干涉光經(jīng)過沿干涉光出射光路依次設(shè)置的偏轉(zhuǎn)反光鏡和小孔光闌射入光電探測器，形成明暗干涉條紋，所述明暗條紋滿足公式Λχ = ηλ/2，其中η為整數(shù)，當(dāng)η是偶數(shù)時(shí)為明條紋，η是奇數(shù)時(shí)為暗條紋；λ為所用單色光源的波長。光電探測器探測干涉條紋選定點(diǎn)上的光強(qiáng)變化，輸出信號至數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)，得到所述掃描電壓信號下的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓-光強(qiáng)變化曲線。 本專利技術(shù)的有益效果是，提供了一種檢測方法簡單、通用性強(qiáng)，易于在實(shí)驗(yàn)室中使用的快速檢測壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的裝置及方法。該裝置和方法運(yùn)用了邁克爾遜干涉原理進(jìn)行光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝和使用方便，測量精度可達(dá)到納米級別，結(jié)果直觀可靠等優(yōu)點(diǎn)，可適用于要求極高的光學(xué)諧振腔中。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1是本專利技術(shù)壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是實(shí)施例中測得的壓電陶瓷電壓-光強(qiáng)變化曲線圖； 其中:1-邁克爾遜干涉儀；101-單色光源；102_擴(kuò)束鏡組件；103_分光鏡；111-參考臂；112-參考反光鏡；121-測量臂；122_移動(dòng)反光鏡；131-偏轉(zhuǎn)反光鏡；132_小孔光闌；2_信號控制器；3_光電探測器；4_數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)；5_壓電陶瓷。 【具體實(shí)施方式】 本專利技術(shù)提供了一種采用光學(xué)手段檢測壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的檢測裝置和方法，下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進(jìn)一步說明。 如圖1所示，邁克爾遜干涉儀I的單色光源101發(fā)出的光依次通過擴(kuò)束鏡組件102和分光鏡103，被分光鏡分為兩路光束，反射光束作為參考臂111，透射光束作為測量臂121 ;參考反光鏡112設(shè)置在參考臂111中，移動(dòng)反光鏡122設(shè)置在測量臂121中；壓電陶瓷5緊固于移動(dòng)反光鏡122之后,信號控制器2向壓電陶瓷5施加掃描電壓,移動(dòng)反光鏡122隨壓電陶瓷5形變在光路方向發(fā)生位移；邁克爾遜干涉儀I的干涉光經(jīng)過偏轉(zhuǎn)反光鏡131和小孔光闌132出射至光電探測器3 ;光電探測器3探測干涉光選定點(diǎn)的光強(qiáng)并輸出信號至數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)4。 本實(shí)施例所用的單色光源101為紅光，632.Snm ;壓電陶瓷5以及信號控制器2由南京中科神光科技有限公司自制研發(fā)，其中，所述信號控制器2可以在壓電陶瓷的兩端添加不同頻率的掃描電壓；光電探測器3為PIN探測器；數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)4為泰克MD04104B-6。 具體操作如下: (I)搭建如圖1所示的光路系統(tǒng)圖，依次將沿光路的光學(xué)元件擺放在固定位置。 (2)通過調(diào)節(jié)參考反光鏡112來調(diào)節(jié)光束臂長，使參考臂和測量臂盡量等臂，光束臂小于所用光源的相干長度，此處設(shè)定干涉臂長為L = 20mm ;使干涉光經(jīng)過偏轉(zhuǎn)反光鏡131和小孔光闌132后可以在光電探測器3處形成穩(wěn)定的干涉條紋。 (3)設(shè)置信號控制器2，產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)掃描電壓，電壓波形為正弦電壓，頻率為100Hz，電壓幅值為80V ;使得壓電陶瓷5可以在設(shè)定的正弦電壓掃描下發(fā)生微小位移，與壓電陶瓷5相貼合的移動(dòng)反光鏡122也隨之移動(dòng)。 (4)移動(dòng)反光鏡122發(fā)生微小位移后，使得光程差Λ X發(fā)生變化，引起光電探測器3處的光強(qiáng)發(fā)生變化，光電探測器3將光強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換為電信號。 (5)將光電探測器3的輸出信號用電壓探頭連接在數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)4的信號輸入端，可以在數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)4上實(shí)時(shí)觀測壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 (6)通過數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)4記錄的不同掃描頻率下的電壓一光強(qiáng)變化可以檢測壓本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測裝置，其特征在于：包括邁克爾遜干涉儀、信號控制器、光電探測器和數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)；其中所述邁克爾遜干涉儀雙干涉臂分別為參考臂和測量臂，待檢測的壓電陶瓷緊固于所述測量臂中的移動(dòng)反光鏡后，所述移動(dòng)反光鏡隨所述壓電陶瓷形變在光路方向上發(fā)生位移；所述信號控制器向所述壓電陶瓷施加掃描電壓；所述邁克爾遜干涉儀干涉光出射至所述光電探測器；所述光電探測器探測干涉光選定點(diǎn)的光強(qiáng)并輸出信號至所述數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周軍，宋維爾，吳佳濱，盧棟，丁建永，
申請(專利權(quán))人：南京中科神光科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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