专利名称：光学平台振动特性声光调制检测装置与检测方法
技术领域：
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种光学平台振动特性声光调制检测装置与方法。
背景技术：
光学平台是一种大学和科研单位实验室普遍使用的基础性实验设施。在使用光学平台进行实验时，确切了解平台的固有频率和振动情况十分重要。目前常用光学干涉法检测光学平台振动特性，干涉仪器采用迈克尔逊仪、马赫-泽德干涉仪，测量原理是通过干涉条纹的变化频率确定平台的固有频率，通过干涉条纹变化幅度确定平台的振动振幅。但是， 这些方法存在以下缺陷I抗干扰能力差干涉图样的变化中，除了平台振动能够引起条纹变化外，空气的流动等环境因素同样会引起干涉条纹的变化；2测量系统复杂所用仪器属于干涉仪，干涉仪器结构复杂，光学元器件质量要求闻。3、调试难度大测量时光学仪器光学元件多，元器件精度要求高，调试难度大。4、测量中引起干涉条纹移动的直接原因是干涉仪两臂光程的相对差的变化。虽然平台台面的振动可以引起光程差的变化，但光程差的变化与台面振动并无明确的解析关系。显然研制一种抗干扰能力强，结构相对简单，测试方便且直接测量量与平台台面振动有明确关系的光学平台振动特性检测装置和方法具有一定的技术意义。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述测量仪器和设备的缺点，提供一种结构简单、操作方便、零部件少、测量结果直观的光学平台振动特性声光调制检测装置。本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种使用光学平台振动特性声光调制检测装置检测光学平台固有频率的检测方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是在与水槽联接的支架上左侧设置有激光器，激光器上设置有通过导线与计算机相连的CCD摄像头，激光器的激光出射方向上设置内装有水的水槽，水槽上设置有显示屏。本发明的水槽为两个无底的框架，该框架设置在被检测光学平台上表面构成连为一体的前水槽和后水槽，前水槽和后水槽内装有水，支架上激光器右侧光出射方向上设置有分束镜，支架上分束镜的透射光方向设置有分束反射镜， 支架上分束镜的反射光方向上设置有前反射镜，分束反射镜反射光方向上设置有后反射镜，前水槽和后水槽的左侧上端中心线每一个反射镜的反射光方向上设置有I个光阑。本发明的框架为矩形框架，该矩形框架用分隔板分隔成两个相同的正方形框架。
本发明的前水槽和后水槽内的水位高低不相同。本发明的前水槽与后水槽内的水位差为40mm。使用上述光学平台振动特性声光调制检测装置检测光学平台振动特性的检测方
4法，由下述步骤组成I、在前水槽、后水槽内分别注入蒸馏水，前水槽与后水槽的水位差为40mm。2、分别调整前反射镜和后反射镜的角度至前反射镜和后反射镜的反射光通过光阑与分隔板平行，使前反射镜的反射激光束在前水槽水面上的入射点位于前水槽对角线相交的中心位置、反射激光束与前水槽内水面的入射角为88. 5°，后反射镜的反射激光束在后水槽水面上的入射点位于后水槽对角线相交的中心位置、反射激光束与后水槽内水面的入射角为88. 5°。3、在分隔板右端延长线上距分隔板右端200mm光学平台的台面上，用质量为300g 的带圆锥体橡胶头的重锤，由7cm高处自由落下单击台面，水槽内光学平台的振动在前水槽和后水槽内水面上形成振幅不同的水面波，水面波对入射激光束产生调制反射，在显示屏上呈现出条纹间距相等的两列干涉条纹，按显示屏上Imm长度对应CCD摄像头所摄图像中25个像素个数标定像素当量，用CXD摄像头连续采集显示屏上的干涉条纹，并转换成数字信号输出到计算机，选择连续采集的两列干涉条纹中各自条纹个数最多一列干涉条纹， 并分别对选择的干涉条纹个数计数，计算机按下式A0 = I. 888^-0. 944 (N2+1)计算前水槽和后水槽内光学平台的受激振动振幅，式中Atl为前水槽和后水槽内光学平台的振动振幅、单位为UnuN1为前水槽内水的表面波对入射激光束产生调制反射在显示屏上呈现的条纹个数最多的一列干涉条纹个数，N2为后水槽内水的表面波对入射激光束产生调制反射在显示屏上同步呈现的条纹个数最多的一列干涉条纹个数。测量干涉条纹的间距d所对应的像素数，得到条纹间距d的长度，并按下式F = O. 707d3/2计算光学平台的固有频率f、单位为Hz，d为干涉条纹的间距、单位为mm。本发明的有益效果I、本发明与迈克尔逊干涉仪相比，具有较好的抗干扰能力，并能定量测量光学平台台面的振动振幅。2、本发明与迈克尔逊干涉仪相比，结构简单，检测简便，显示直观。3、本发明与现有声光调制法测量液体表面波相比，采用两个水位高度不同的水槽，不仅能直接获取各自表面波的参数，而且获得光学平台的振动参数。4、本发明与现有声光调制法测量液体表面波相比，两个水槽的双光路具有差分测量的特性，更好地稳定性。
图I是本发明实施例I的结构示意图。图2是图I的俯视图。图3是实施例I的前水槽10水面波调制反射激光束所形成的干涉条纹照片。图4是实施例I的后水槽13水面波调制反射激光束所形成的干涉条纹照片。
具体实施例方式下面结合附图和各实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。实施例I在图I中，本实施例的光学平台振动特性声光调制检测装置由计算机I、支架2、 CXD摄像头3、激光器4、分束镜5、分束反射镜6、前反射镜7、光阑8、显示屏9、前水槽10、后反射镜12、后水槽13、分隔板14联接构成。在支架2上的左侧用螺纹紧固联接件固定联接安装有激光器4，激光器4的波长为632. 8nm，激光器4上用螺纹紧固联接件固定联接安装有CXD摄像头3，CXD摄像头3通过导线与计算机I相连，在支架2上激光器4的右侧光出射方向用螺纹紧固联接件固定联接安装有分束镜5，支架2上分束镜5的透射光方向用螺纹紧固联接件固定联接安装有分束反射镜6，分束镜5和分束反射镜6的角度可调，由激光器4射出的激光束到分束镜5后分成两束波长为632. 8nm激光射出。支架2上分束镜5的反射光方向用螺纹紧固联接件固定联接安装有前反射镜7，支架2上分束反射镜6反射光方向用螺纹紧固联接件固定联接安装有后反射镜12,前反射镜7和后反射镜12用于反射入射激光，前反射镜7和后反射镜12 可以转动调整反射激光的方向。支架2的右侧用螺纹紧固联接件固定联接安装有水槽。本实施例的水槽为一个长方形框架中间用分隔板14隔开成两个无底的正方形框架，在检测光学平台时，两个无底的正方形框架用密封胶粘接在被检测的光学平台11上表面构成连为一体的前水槽10和后水槽13，前水槽10和后水槽13的长X宽为20 X 20cm2，前水槽10 和后水槽13内装有水，前水槽10内的水面高度为80mm，后水槽13的水面高度为40mm。前水槽10的左侧壁上端中心线前反射镜7的反射光方向上用螺纹紧固联接件固定联接安装有I个光阑8，后水槽13的左侧壁上端中心线后反射镜12的反射光方向上用螺纹紧固联接件固定联接安装有I个光阑8，光阑8的孔径为2. 3mm。前水槽10和后水槽13的右侧壁上部用螺纹紧固联接件固定联接安装有显示屏9。经前反射镜7和后反射镜12反射的光束， 分别穿过每一个水槽上的光阑8入射到水面上，经水面调制反射到显示屏9上呈现出间距相等的两列干涉条纹，一列干涉条纹的间距与另一列干涉条纹的间距相等。采用上述光学平台振动特性声光调制检测装置检测型号为GSZ-2的光学平台11 振动特性的方法如下I、在前水槽10、后水槽13内分别注入蒸馏水，前水槽10内蒸馏水的水位高度为 80mm，后水槽13内蒸馏水的水位高度为40mm。2、分别调整前反射镜7和后反射镜12的角度至前反射镜7和后反射镜12的反射光通过光阑8与分隔板14平行，使前反射镜7的反射激光束在前水槽10水面上的入射点位于前水槽10对角线相交的中心位置、反射激光束与前水槽10内水面的入射角为88. 5°， 后反射镜12的反射激光束在后水槽13水面上的入射点位于后水槽13对角线相交的中心位置、反射激光束与后水槽13内水面的入射角为88. 5°。3、在分隔板14右端延长线上距分隔板14右端200mm的光学平台11台面上，用质量为300g的带圆锥体橡胶头的重锤，由7cm高处自由落下单击台面，水槽内光学平台11的振动在前水槽10和后水槽13内水表面形成振幅不同的水面波，水面波对入射激光束产生调制反射，在显示屏9上呈现出两列间距相等的干涉条纹，一列干涉条纹的间距与另一列干涉条纹的间距相等。按显示屏9上Imm长度对应CXD摄像头3所摄图像中25个像素个数标定像素当量，用CXD摄像头3按每秒16幅连续采集显示屏9上的干涉条纹，并转换成数字信号输出到计算机I，选择连续采集的两列干涉条纹中各自条纹个数最多一列干涉条纹，并分别对选择的干涉条纹个数计数。如图3、图4所示，图3为前水槽10形成的干涉条纹,干涉条纹有14个，图4为后水槽13形成的干涉条纹，干涉条纹有9个；计算机I按下式 A0 = I. 888^-0. 944 (N2+1)计算前水槽10和后水槽13底部光学平台11的受激振动振幅，式中Atl为前水槽 10和后水槽13内光学平台11的振动振幅、为2. 83 μ m, N1为前水槽10内水面波对入射激光束产生调制反射在显示屏9上呈现的条纹个数最多的一列干涉条纹个数、为14个，N2为后水槽13内水面波对入射激光束产生调制反射在显示屏9上同步呈现的条纹个数最多的一列干涉条纹个数、为9个；测量干涉条纹的间距d所对应的像素数为66个，得到干涉条纹间距d的长度为2. 64mm,计算机I按下式f = O. 707d3/2计算光学平台11的固有频率f、单位为Hz, d为干涉条纹的间距、单位为mm,计算结果得光学平台11的固有频率f为3. 03Hz。
权利要求
1.一种光学平台振动特性声光调制检测装置，在与水槽联接的支架(2)上左侧设置有激光器(4)，激光器(4)上设置有通过导线与计算机(I)相连的CCD摄像头(3)，激光器(4) 的激光出射方向上设置内装有水的水槽，水槽上设置有显示屏(9)，其特征在于所述的水槽为两个无底的框架，该框架设置在被检测光学平台(11)上表面构成连为一体的前水槽(10)和后水槽(13)，前水槽(10)和后水槽(13)内装有水，支架⑵上激光器⑷右侧光出射方向上设置有分束镜(5)，支架(2)上分束镜(5)的透射光方向设置有分束反射镜(6)， 支架(2)上分束镜(5)的反射光方向上设置有前反射镜(7),分束反射镜(6)反射光方向上设置有后反射镜(12)，前水槽(10)和后水槽(13)的左侧上端中心线每一个反射镜的反射光方向上设置有I个光阑⑶。
2.按照权利要求I所述的光学平台振动特性声光调制检测装置，其特征在于所述的框架为矩形框架，该矩形框架用分隔板(14)分隔成两个相同的正方形框架。
3.按照权利要求I所述的光学平台振动特性声光调制检测装置，其特征在于所述的前水槽(10)和后水槽(13)内的水位高低不相同。
4.按照权利要求3所述的光学平台振动特性声光调制检测装置，其特征在于所述的前水槽(10)与后水槽(13)内的水位差为40_。
5.一种使用权利要求I光学平台振动特性声光调制检测装置检测光学平台振动特性的检测方法，其特征在于它由下述步骤组成A.在前水槽(10)、后水槽(13)内分别注入蒸馏水，前水槽(10)与后水槽(13)的水位差为40mm ；B.分别调整前反射镜(7)和后反射镜(12)的角度至前反射镜(7)和后反射镜(12)的反射光通过光阑(8)与分隔板(14)平行，使前反射镜(7)的反射激光束在前水槽(10)水面上的入射点位于前水槽(10)对角线相交的中心位置、反射激光束与前水槽(10)内水面的入射角为88. 5° ,后反射镜(12)的反射激光束在后水槽(13)水面上的入射点位于后水槽(13)对角线相交的中心位置、反射激光束与后水槽(13)内水面的入射角为88. 5° ；C.在分隔板(14)右端延长线上距分隔板(14)右端200mm光学平台(11)的台面上， 用质量为300g的带圆锥体橡胶头的重锤，由7cm高处自由落下单击台面，水槽内光学平台(11)的振动在前水槽(10)和后水槽(13)内水面上形成振幅不同的水面波，水面波对入射激光束产生调制反射，在显示屏(9)上呈现出条纹间距相等的两列干涉条纹，按显示屏(9) 上Imm长度对应CCD摄像头所摄图像中25个像素个数标定像素当量，用CCD摄像头(3)连续采集显示屏(9)上的干涉条纹，并转换成数字信号输出到计算机(1)，选择连续采集的两列干涉条纹中各自条纹个数最多一列干涉条纹，并分别对选择的干涉条纹个数计数，计算机⑴按下式A0 = I. 888N! 一 O. 944 (N2+l)计算前水槽(10)和后水槽(13)内光学平台(11)的受激振动振幅，式中Atl为前水槽 (10)和后水槽(13)内光学平台(11)的振动振幅、单位为μπι，N1为前水槽(10)内水的表面波对入射激光束产生调制反射在显示屏(9)上呈现的条纹个数最多的一列干涉条纹个数，N2为后水槽(13)内水的表面波对入射激光束产生调制反射在显示屏(9)上同步呈现的条纹个数最多的一列干涉条纹个数；测量干涉条纹的间距d所对应的像素数，得到干涉条纹间距d的长度，并按下式F = O. 707d3/2计算光学平台(11)的固有频率f、单位为Hz，d为干涉条纹的间距、单位为mm。
全文摘要
一种光学平台振动特性声光调制检测装置，在与水槽联接的支架上左侧设激光器，激光器上设通过导线与计算机相连的CCD摄像头，激光器的激光出射方向上设内装有水的水槽，水槽上设显示屏。该水槽为两个无底的框架，该框架设置在被检测光学平台上表面构成连为一体的前水槽和后水槽，前水槽和后水槽内装有水，支架上激光器右侧光出射方向上设置有分束镜，支架上分束镜的透射光方向设分束反射镜，支架上分束镜的反射光方向上设前反射镜，分束反射镜反射光方向上设后反射镜，前水槽和后水槽的左侧上端中心线每一个反射镜的反射光方向上设置有1个光阑。本发明具有结构简单，检测简便，显示直观等优点，可用于检测光学平台的振动特性。
文档编号G01H9/00GK102607693SQ20121008324
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者张宗权, 杨宗立, 王文成, 苗润才 申请人:西安航空技术高等专科学校