Newport|保持光学平台的稳定性

日期：2023-07-26 浏览量：280

▍Newport|保持光学平台的稳定性                          

扫描激光多普勒测振仪的实验结果可以表明光学平台主动减振的效果。

▍振动呈现                          

光电子精密实验和制造工艺面临的主要挑战， 各种形状和形式的光学工作台和试验板是振动控制的主要方式。它们位于软隔离器上，可有效过滤掉地板上的振动。然而，其他干扰源如声学噪声，大气湍流和机载源仍然存在，并可能成为更高频率的普遍振动源。如果这些干扰的光谱内容接近平台的共振频率，那么这些干扰会对光机械性能产生重大负面影响。因此，内部阻尼或机械能耗散可以减轻共振的影响，这对于高质量的隔振平台非常重要。

涉及机电传感器、执行器和控制系统的主动减振已被证明对抑制共振振动最有效. Newport 最近通过附加的 SmartTable ADD 主动阻尼器扩展了这项技术，将应用范围从标准光学工作台扩展到几乎任何可能遇到不需要的共振振动的隔振平台。 主动振动控制理论预测，在主要振动模式的反节点附近放置少量主动阻尼器足以抑制整个结构上的共振振动。在典型的矩形平台的情况下，放置在相邻角落的两个阻尼器可以完成这项工作。理论分析和高度灵敏的地震加速度计对工作台上远程位置的动态反应的多次测量证实了这一点。

为了在更生动的演示中说明这一点，Newport公司的研究人员使用了Polytec公司的扫描激光多普勒测振仪作为实验中的强有力工具。该实验还提供了有关正确调整主动控制反馈回路的宝贵信息，选择定制的全钢光学试验板来测试附加主动阻尼器的效果（图1）。面包板的尺寸为 4 英尺× 5 英尺× 4.5 英寸，由四个基于弹簧的隔振器支撑，因此悬架的“刚体”固有频率等于 5.25 Hz。两个智能桌面ADD阻尼器用螺栓固定在面包板的两个前角上，为了获得一致的静止振动信号，试验板由静止随机力激励，为此使用了微型电磁振动台，它位于图 1 中面包板的最左角。

由此产生的试验板振动不超过实验室环境中常规观察到的水平，符合VC-A振动类别（1⁄3倍频程均方根速度低于50μm/s）.4来自力传感器的信号，插入振动台和驱动点的试验板之间，作为激光测振仪数据处理的参考信号。最后，在振动台附近安装了一个轻质低噪声加速度计，与激光测振仪测试并行进行传统的动态一致性测量。

 

图1.带有附加有源阻尼器的光学试验板，用于激光多普勒测振仪测试。 

扫描激光多普勒测振仪可以在设备的多个点快速连续地进行振动测量，从而使研究人员能够估计整个结构的动能， 降低总动能被广泛认为是减振的标准。Polytec 专门从事非接触式振动测量，提供其扫描激光测振仪 PSV 来绘制试验板的振动图。扫描测振仪用于快速、准确地分析和可视化结构振动，适用于各种应用。激光测振法非常适合该测试，并允许测量低至亚纳米激发水平。

图2.在测试配置中，激光头连接到测量表面上方的龙门架上。

图3.Polytec软件通过激光头摄像头看到的测量表面。

图2显示了安装在龙门系统上并准备测量的激光扫描头;图 3 显示了 Polytec 软件通过激光扫描头摄像头看到的测量区域。二十个测量点均匀分布在表面上，并配备了反射器，完全扫描只用了几分钟。测试结果清楚地显示了面包板整个表面上的阻尼效果。图 4a-d 描绘了打开和关闭主动阻尼时面包板的工作偏转形状。总动能通常被认为是主动减振系统的最终性能标准，扫描激光测振法为估计该标准提供了有效的工具。

图 5 显示了面包板表面上平均速度平方的平方根的等值线图，这些均方的总和与总动能的估计值成正比，该值的光谱组成以均方根为单位绘制在下图中。对比表明，主动阻尼实际上消除了194和278 Hz处的两个共振峰值，这与试验板的主要扭曲和弯曲振动模式相对应。

图 4a.关闭阻尼的试验板运行模式 – 194 Hz 时的首次扭转模式。

图 4b.关闭阻尼的试验板运行模式 – 278 Hz 时的首次弯曲模式。

图 4c.打开阻尼的试验板运行模式 – 177 Hz 的首次扭转模式。

图 4d.打开阻尼的试验板运行模式 – 284 Hz 的首次弯曲模式。

图5.通过主动阻尼降低试验板的总动能。等值线图显示了在整个激励带宽下试验板表面上的均方根振动速度。 这些图形显示了所有测量点上速度平方和的平方的平方根。 左侧：阻尼关闭;右侧：阻尼开启。 

图6.反馈增益优化。将所有测量点的平均速度平方总和与两个通道中的反馈增益与 SmartTable® 算法找到的“自动调谐”值之比绘制。

图4a和4b所示的无阻尼振动等高线图展示了隔振平台的特征特性：在平台的角落处达到最大振动，这就是为什么主动阻尼器安装在拐角处最有效的原因。放置在两个角落的阻尼器可有效减少整个表面上的振动。 除了阻尼器的位置外，主动减振的另一个关键考虑因素是控制功能和反馈增益的选择。分散式速度反馈因其易于实现和理论上的稳定性而获得广泛认可。

实际上，反馈增益的有用范围受到两个因素的限制：首先，“固定”现象，其次，由执行器和控制回路的其他元件的频率响应引起的不稳定性。为了研究增加反馈增益对全局振动控制的影响，使用扫描激光测振仪进行振动测量，使用低于和高于Newport多步自动调谐建议增益的反馈增益进行振动测量算法。对于每个增益水平，计算所有扫描点的均方速度之和，与总动能成正比。

结果总结于图 6 中。自动整定过程使系统非常接近动能的绝对最小值，并具有合理的安全范围。 测试证实，主动阻尼器在“螺栓固定”配置中应用于定制隔离平台时与嵌入标准表时一样有效：我们观察到主共振峰值减少了 15 倍，总动能降低了 10 倍，扫描激光多普勒测振法生动地说明了主动阻尼性能。