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上海长方光学仪器有限公司

光学平台隔振原理与选型

来源:内容来源于网络 浏览量:1024次
【导读】振动的来源大多数光学实验或工业生产都对系统稳定性有较高的要求。各种因素造成的振动会导致仪器测量结果的不稳定性和不准确性,严重干扰生产和实验的进行。振动来源主要分为来自系统之外的振动...

振动的来源

大多数光学实验或工业生产都对系统稳定性有较高的要求。各种因素造成的振动会导致仪器测量结果的不稳定性和不准确性,严重干扰生产和实验的进行。

振动来源主要分为来自系统之外的振动和系统内部的振动。地面固有振动,工作人员踩踏地板以及开、关门或墙壁碰撞等通过地面传来的振动均属系统之外的振动,这一类振动需通过光学平台的隔振腿衰减;而来自系统内部的振动包括仪器振动、气流、冷却水流等,则需依靠光学平台的桌面阻尼来隔绝。

振动基本原理

固有频率

固有频率,顾名思义,为系统本身发生的振动的频率。数值上来看,固有频率等于共振频率。考虑物块与弹性悬臂梁组成的系统,固有频率取决于两个因素物块质量,以及充当弹簧的弹性悬臂梁的弹性系数。质量减小或弹性系数减小可增大固有频率;质量增大或悬臂梁弹性系数增大可降低固有频率。

(左)质量减小可增大固有频率

(右)质量增大可降低固有频率

(左)弹簧弹性系数减小可增大固有频率。

(右)弹簧弹性系数增大(“更柔软”)可降低固有频率。

实验室或厂房内可能存在的振动源,包括地表的振动(固有频率10-5-20Hz),大型建筑的振动(1Hz左右),声音(20Hz以上),仪器设备(10Hz以上)。用户应当根据自身情况,选择合适的光学平台以对振动有效隔绝。

阻尼

如果没有阻尼,系统将在静止前振动很长一段时间至少几秒钟。阻尼可消耗系统的机械能,使衰减更迅速。例如,当音叉顶端浸入水中时,振动几乎立即减弱。同样,当手指轻触共振物块悬臂梁系统时,该阻尼装置也会迅速的消耗振动能量。

理想简谐振动

一个与理想线性弹簧连接的固定物块M可产生简谐振动,如下图所示。

弹簧长度变化Δx与应力F的关系可表示为Δx=CF,其中C是弹簧顺应性系数(Compliance),与弹簧弹性系数k成反比:k=1/C。

在弹簧物块系统中,当弹簧末端发生频率为,Zda振幅为|u|的正弦运动时,物块M将产生Zda振幅为|x|,频率同样为ω的正弦运动。物块运动|x|的振幅与弹簧末端运动|u|的振幅的稳态比即振动传递率T(Transmissibility),而系统的共振频率或固有频率ω0可表示为

固有频率随物块质量M或弹簧顺应性C的增加(更柔软)而降低。振动传递率曲线表征于下图

该系统三个突出的特征为:

1)振动频率远低于系统固有频率时,传递率T=1,因此物块的运动幅度与弹簧另一端相同。

2)接近固有频率时,弹簧末端的运动幅度增强,物块|x|的运动振幅大于弹簧末端的运动|u|振幅。对于一个无阻尼系统(ζ=0),物块的运动振幅此时在理论上会变得无限大。

3)远高于系统固有频率时,物块位移|x|与1/ω2成比例地减少。在这种情况下,系统产生的位移不能传递至物体,也就是说弹簧充当了隔离器。

关于顺应性曲线和振动传递率曲线更详细的介绍,请看

光学隔振平台常见参数图简介

光学平台系统

光学平台系统包括光学台面和隔振腿。光学平台可放置仪器并对振动进行控制。光学平台台面是隔振系统中重要的一部分,其主要作用是提供一个无相对形变的刚性平台,当有振动源传递到桌面时,桌面蜂窝结构和阻尼可有效减弱光学平台振动变形。

隔振腿除了支撑,主要作用是隔离来自地面的振动,隔振性能是其Z重要指标之一。其他性能还包括:各腿高度独立调节,自动水平,载重能力,高度可选,有无磁性等等。

Newport在振动控制和振动隔离的生产设计方面,拥有超过40年的经验,已经成为振动控制产品和方案的行业标准。我们提供广泛的宽带及窄带调谐阻尼,不同的尺寸和厚度的光学平台,可满足任何性能、预算的需求。其中SmartTable系列桌面的ZLIQ主动阻尼技术duyi无二,能Zda限度隔离系统内部的振动。

主动隔振平台

本次慕尼黑上海光电展期间,我们推出了Zxin的主动隔振平台GuardianTM系列。结合简约的设计,先进的隔振技术,为超高分辨率显微镜和计量学提供了低频区域(0.5-50Hz)无与伦比的隔振性能,吸引了众多参观者的关注。

GuardianTM工作站包括2个主动隔振模块,每一个包含3个传感器和3个衰减器,在六个自由度进行实时补偿。它不仅解决了被动隔振系统在固有频率处的共振响应问题(上图蓝色曲线),还提供高达34dB(98%)额外的隔离(上图粉红色曲线)。隔离效率从1Hz处的10.5dB(70%),2Hz处的20dB(90%),到5Hz处已达到30.5dB(97%),不但大大优于以弹簧为基础的系统,而且优于Z好的气浮隔振平台。


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2004-08-20 09:23:03
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