[發(fā)明專利]一種壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測(cè)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410505826.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN104237696A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周軍;宋維爾;吳佳濱;盧棟;丁建永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京中科神光科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密器件的位移頻率響應(yīng)檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

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(zhǎng)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(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)裝置過于復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)困難，測(cè)試精度不高，且對(duì)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(cè)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(cè)的方法簡(jiǎn)單、且通用性較強(qiáng)，易于在實(shí)驗(yàn)室中使用，可測(cè)量壓電陶瓷在不同掃描波形頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，測(cè)量精度可達(dá)納米級(jí)，適用于要求極高的光學(xué)諧振腔中。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測(cè)裝置及方法，具有簡(jiǎn)單有效、測(cè)量精度高、具有通用性且易于使用的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)裝置包括了邁克爾遜干涉儀、信號(hào)控制器、光電探測(cè)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(cè)量臂，待檢測(cè)的壓電陶瓷緊固于所述測(cè)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?cè)诠饴贩较虬l(fā)生位移；所述信號(hào)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(cè)器；光電探測(cè)器探測(cè)干涉光選定點(diǎn)的光強(qiáng)并輸出信號(hào)至所述數(shù)據(jù)采集顯示系統(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(cè)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(cè)器。

優(yōu)選的，所述信號(hào)控制器向壓電陶瓷施加連續(xù)的掃描電壓信號(hào)。

本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)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(cè)量臂，所述測(cè)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(cè)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?cè)诠饴贩较蛏习l(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(cè)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(cè)壓電陶瓷頻率響應(yīng)特性曲線。

優(yōu)選的，所述參考臂與測(cè)量臂的長(zhǎng)度均小于所述單色光源的相干長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)度不同，即存在光程差Δx，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(cè)器，形成明暗干涉條紋，所述明暗條紋滿足公式Δx＝nλ/2，其中n為整數(shù)，當(dāng)n是偶數(shù)時(shí)為明條紋，n是奇數(shù)時(shí)為暗條紋；λ為所用單色光源的波長(zhǎng)。光電探測(cè)器探測(cè)干涉條紋選定點(diǎn)上的光強(qiáng)變化，輸出信號(hào)至數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)，得到所述掃描電壓信號(hào)下的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓-光強(qiáng)變化曲線。

本發(fā)明的有益效果是，提供了一種檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，易于在實(shí)驗(yàn)室中使用的快速檢測(cè)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(jiǎn)單，安裝和使用方便，測(cè)量精度可達(dá)到納米級(jí)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。

附圖說明

圖1是本發(fā)明壓電陶瓷動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)的光學(xué)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例中測(cè)得的壓電陶瓷電壓-光強(qiáng)變化曲線圖；