[發明專利]一種光學系統受迫振動的在線測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201210222680.2
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102735423A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 王大輝;趙學慶;張永生;孫昱薇;胡云;易愛平;趙軍
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種振動信號的測量，特別是一種光學系統受迫振動的在線測量裝置。

背景技術

振動是影響激光系統光束指向穩定性最為重要的因素之一，它直接決定著光束能否精確地按照指定的方向和位置發射。因此，振動測量對光學系統穩定性設計與評估改進具有重要的實際意義。

目前，振動測量普遍采用分布式傳感器測量方式，其測量裝置是由振動傳感器、數據采集卡及后期信號處理軟件等組成。將振動傳感器直接分布到固定光學系統的支撐臺上，由數據采集卡采集振動信號傳輸到電腦上進行頻譜特征分析等信號處理，所測量的是光學支撐系統振動信號的大小及頻譜特性，不能直接反映光學元件上光束的振動情況。若將傳感器放到光學元件上測量，則會對光學元件本身的質量和頻譜特性產生較大影響，無法分辨不同頻譜成分對光學元件上光束影響的大小，因此該方法給出的測量結果不但精度不高，而且不夠全面。

《強激光與粒子束（Vol.19，2007，p40）》公開了一種光學平臺微振動激光測試方法，該方法將角敏光學系統和光電精密位置傳感器（PSD）相結合，給出了被測平臺的角漂值。但是該方法既無法得到光學元件上光束的振動大小，也無法得到影響光束指向穩定性的振源及其頻譜特征。

發明內容

本發明提出了一種光學系統受迫振動的在線測量裝置，目的在于克服現有振動測量方法存在的傳感器對振動特性有影響，且難以在線和直接獲得振動自身頻譜特征、對光學系統指向穩定性的影響等參數的不足。

本發明的技術方案如下：

一種光學系統受迫振動的在線測量方法，包括以下步驟：

1】在光路上依次設置分束片3、成像透鏡4、衰減器5、CCD相機6和圖像處理單元7，調整衰減器5的衰減倍數，設置高幀頻CCD相機6的采樣頻率，根據需要設置采樣時間；

2】光學系統2輸出端的出射光被分束片3分束成兩路，透射光入射到成像透鏡4匯聚，再經光衰減器5后入射到CCD相機6的光敏元，反射光則輸出至后續實驗裝置繼續應用，CCD相機對透射光進行采集；

3】圖像處理單元7對采集到的圖像數據進行處理，包括圖像的閾值化處理、中值濾波處理及重心計算處理，計算出光束的重心數據，從而得到振動信號對光束的影響及光束位置隨時間的偏移量；

圖像處理單元7對重心兩維坐標分別進行快速傅里葉變換及功率譜密度計算，得到振動信號自身的頻譜特性。

一種光學系統受迫振動的在線測量裝置，包括在光路上依次設置的分束片、成像透鏡、衰減器、CCD相機和圖像處理單元；經過光學系統輸出端的出射光被分束片分束后，透射光入射到成像透鏡匯聚，再經光衰減器后入射到CCD相機的光敏元；經分束片分束后的反射光輸出至后續實驗裝置中；其中CCD相機輸出端與圖像處理單元電聯接；成像透鏡、衰減器和CCD相機設置在隔振平臺上。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中，光學系統為有源系統，有源系統的出射光直接入射至分束片。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中，還包括在光學系統輸入端設置的光源，光源的出射光經過光學系統后，入射至分束片；光源設置在隔振平臺上。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中CCD相機為高幀頻CCD相機。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中CCD相機的光敏元有效尺寸為5～20mm。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中分束片的透反比參數為1:9～1:1。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中衰減器為可變衰減器，其衰減系數為1/100～1/1。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中光源為激光器。

上述光學系統受迫振動的在線測量裝置中高幀頻CCD相機的采樣頻率大于1000Hz。

本發明具有的有益效果如下：

1、本發明的在線測量裝置，可直接測量振動對光學系統光束的穩定性影響及振動信號本身的頻譜特性，測量方法簡便高效。

2、本發明的在線測量裝置，可在不影響光學系統工作的情況下，在線監測得到其受迫振動參數，其數據可用于光學系統的動態評價。

3、本發明的在線測量裝置，不但可用于無源的光學系統，而且可用于有源的光學系統，具有較強的普適性。

4、本發明的在線測量裝置，將光學元件的振動信號轉換為光信號，測量范圍大、精度和靈敏度高。

5、本發明的在線測量裝置，同樣適用于其他因素比如空氣擾動造成的激光光束指向穩定性變化的測量。