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专利名称：一种高速倾斜镜谐振频率的测量方法
技术领域：
本发明涉及光学仪器领域，尤其是光学反射镜的频率测量方法，具体是一种高速 倾斜镜谐振频率的测量方法。
背景技术：
高速倾斜镜在激光大气传输的倾斜校正、光束稳定及天文观测等领域具有广泛的 应用价值。高速倾斜镜主要由倾斜镜和压电陶瓷两部分组成，在压电陶瓷上加某个电压值， 压电陶瓷就会产生相应的伸长量，推动倾斜镜改变倾斜角度。高速倾斜镜系统通过改变倾 斜角度可以实现对激光雷达接收机接收光束达到角起伏的校正。倾斜镜角度改变量与压电 陶瓷所施加的电压成正比例，但在高速倾斜镜谐振频率处，倾斜镜角度改变量与压电陶瓷 所施加的电压不再成正比例。目前，测量高速倾斜镜谐振频率主要根据倾斜镜的频率响应特性来进行测量。四 象限管测量法是一种倾斜镜谐振频率的测量方法将激光束经瞄准镜发射到倾斜镜上，倾 斜镜的反射光经透镜汇聚在四象限管上，当倾斜镜振动时，倾斜镜的反射光因反射角发生 变化，四象限上的光斑位置也发生相应的变化，在谐振时，四象限管上的光斑位置变化最 大。但是由于四象限管的尺寸限制，光路调整较困难。

发明内容
本发明的目的是提供一种高速倾斜镜谐振频率的测量方法，针对现有技术中四象 限管尺寸的限制，采用高速CCD相机采集高速倾斜镜反射的光斑信号，以解决现有技术中 四象限管测量谐振频率测量，光路调节困难的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为一种高速倾斜镜谐振频率的测量方法，所述高速倾斜镜包括有压电陶瓷及倾斜 镜，有底座，底座上连接有支架，所述倾斜镜转动安装在支架上，所述压电陶瓷一端安装在 底座上，另一端连接在倾斜镜上，有弹簧其两端分别连接在所述底座及倾斜镜上，其特征在 于有信号发生器通过高压放大电路与所述压电陶瓷电连接，有接收屏设置于所述倾斜镜 一侧的斜对面，所述接受屏正对面设置有高速CCD相机，采用激光器向所述倾斜镜发射激 光，所述倾斜镜将激光反射至所述接收屏上形成光斑，所述高速CCD相机采集反射至接收 屏上的光斑信息；信号发生器向所述压电陶瓷发出一定频率范围的扫描电压信号，在所述电压频率 变化范围内，压电陶瓷被施加电压，压电陶瓷长度变长，推动倾斜镜转动，当压电陶瓷电压 释放时，压电陶瓷长度变短，弹簧将倾斜镜拉回，倾斜镜随着压电陶瓷上所施加的电压变化 而振动；激光器向倾斜镜发出激光，被倾斜镜反射至接收屏形成光斑，光斑随着倾斜镜的振 动而振动；当压电陶瓷上所施加的电压频率与倾斜镜的谐振频率相同时，倾斜镜产生共振， 倾斜镜的振幅达到最大，光斑振动的振幅相应达到最大；高速CCD相机采集光斑信息，作出 高速CCD相机采集到的光斑振动的幅频特性曲线，曲线中对应光斑振动振幅最大的频率即为倾斜镜的谐振频率。本发明中，高速倾斜镜由压电陶瓷和倾斜镜两部分组成。压电陶瓷是利用逆压电 效应产生伸长量的。压电陶瓷(PZT)在外电场的作用下，内部的正负电荷中心产生相对位 移，该位移使压电体产生形变，表现为压电陶瓷有一定的伸缩能力。利用压电陶瓷(PZT)的 伸缩能力可以实现对倾斜镜的角度控制。倾斜镜是角度可以发生变化的反射镜。当给压电陶瓷施加电压时，压电陶瓷伸长， 推动倾斜镜产生角度变化，当压电陶瓷电压释放时，压电陶瓷缩短，弹簧将倾斜镜拉回，从 而实现倾斜镜的角度的来回变化。压电陶瓷的伸长量与所施加的电压成正比例关系。压电 陶瓷施加200V电压时伸长量为30um。本发明用信号发生器产生1HZ-700HZ的扫描信号，扫描电压不变，经高压放大电 路放大，驱动压电陶瓷使倾斜镜产生振动。用激光器发射一束激光经倾斜镜反射在接收屏 上，并用高速CCD相机采集光斑信息。当信号发生器的信号频率达到倾斜镜的谐振频率时， 倾斜镜的振动幅度会变大。对高速CCD相机采集的光斑信息进行频谱分析，振幅最大点对 应的频率就是高速倾斜镜的谐振频率。本发明采用高速CCD相机采集光斑信息，简化了整个系统的光路结构。避免了使 用四象限管时需要精确调整光路的所带来的麻烦，并解决了由于四象限管尺寸限制所带来 的测量高速倾斜镜的谐振频率困难的问题。


图1为高速倾斜镜结构图。 图2为本发明整体结构示意图。图3为本发明实施例所测量的高速倾斜镜的幅频特性曲线图。
具体实施例方式如图1、图2。一种高速倾斜镜谐振频率的测量方法，高速倾斜镜包括有压电陶瓷 2及倾斜镜3，有底座1，底座1上连接有支架4，倾斜镜3转动安装在支架4上，压电陶瓷2 一端安装在底座1上，另一端连接在倾斜镜3上，有弹簧5其两端分别连接在底座1及倾斜 镜3上，有信号发生器6通过高压放大电路与压电陶瓷2电连接，有接收屏7设置于倾斜镜 3 一侧与倾斜镜3镜面相对，接受屏7上方设置有高速CCD相机8，采用激光器9向倾斜镜 3发射激光，倾斜镜3将激光反射至接收屏7上形成光斑，高速CCD相机8采集反射至接收 屏7上的光斑信息。信号发生器向压电陶瓷发出一定频率范围的扫描电压信号，在电压频率变化范围 内，压电陶瓷被施加电压，压电陶瓷长度变长，推动倾斜镜转动，当压电陶瓷电压释放时，压 电陶瓷长度变短，弹簧将倾斜镜拉回，倾斜镜随着压电陶瓷上所施加的电压变化而振动；激 光器向倾斜镜发出激光，被倾斜镜反射至接收屏形成光斑，光斑随着倾斜镜的振动而振动； 当压电陶瓷上所施加的电压频率与倾斜镜的谐振频率相同时，倾斜镜产生共振，倾斜镜的 振幅达到最大，光斑振动的振幅相应达到最大；高速CCD相机采集光斑信息，作出高速CCD 相机采集到的光斑振动的幅频特性曲线，曲线中对应光斑振动振幅最大的频率即为倾斜镜 的谐振频率。
激光器发射一束激光经倾斜镜反射到接收屏上，再用高速CCD相机采集光斑信 息。当在压电陶瓷上施加电压时，倾斜镜的反射角发生变化，这时在接收屏上的光斑位置就 会发生相应的变化。用信号发生器产生1——700Hz的扫描信号，经高压放大器放大，施加 在压电陶瓷上。施加在压电陶瓷上的为幅值80V，频率为1——700Hz的正弦信号，所以倾斜 镜的振动频率为1——700Hz。通过对高速CCD相机采集的光斑信息进行幅频特性分析，可 以得到光斑在1——700Hz振动对应的振幅值。由于所施加的正弦信号的振幅没有发生变 化，所得的光斑振动的振幅应当相等。但是在倾斜镜谐振频率处，由于压电陶瓷与倾斜镜产 生共振，使光斑振动的振幅变大。所以通过分析光斑振动的幅频特性曲线，对应光斑振动振 幅变大到最大的频率点就是倾斜镜的谐振频率点。从图3可得倾斜镜的谐振频率为520Hz。
权利要求
一种高速倾斜镜谐振频率的测量方法，所述高速倾斜镜包括有压电陶瓷及倾斜镜，有底座，底座上连接有支架，所述倾斜镜转动安装在支架上，所述压电陶瓷一端安装在底座上，另一端连接在倾斜镜上，有弹簧其两端分别连接在所述底座及倾斜镜上，其特征在于有接收屏设置于所述倾斜镜一侧的斜对面，所述接受屏正对面设置有高速CCD相机，采用激光器向所述倾斜镜发射激光，所述倾斜镜将激光反射至所述接收屏上形成光斑，所述高速CCD相机采集反射至接收屏上的光斑信息；信号发生器向所述压电陶瓷施加一定频率范围的扫描电压信号，在所述电压频率变化范围内，压电陶瓷被施加电压，压电陶瓷长度变长，推动倾斜镜转动，当压电陶瓷电压释放时，压电陶瓷长度变短，弹簧将倾斜镜拉回，倾斜镜随着压电陶瓷上所施加的电压变化而振动；激光器向倾斜镜发出激光，被倾斜镜反射至接收屏形成光斑，光斑随着倾斜镜的振动而振动；当压电陶瓷上所施加的电压频率与倾斜镜的谐振频率相同时，倾斜镜产生共振，倾斜镜的振幅达到最大，光斑振动的振幅相应达到最大；高速CCD相机采集光斑信息，作出高速CCD相机采集到的光斑振动的幅频特性曲线，曲线中对应光斑振动振幅最大的频率即为倾斜镜的谐振频率。
全文摘要
本发明公开了一种高速倾斜镜谐振频率的测量方法，高速倾斜镜包括有压电陶瓷及倾斜镜，有底座，底座上连接有支架，倾斜镜转动安装在支架上，压电陶瓷一端安装在底座上，另一端连接在倾斜镜上，有弹簧其两端分别连接在底座及倾斜镜上，有信号发生器通过高压放大电路与压电陶瓷电连接，有接收屏设置于述倾斜镜一侧的斜对面，接受屏正对面设置有高速CCD相机，采用激光器向所倾斜镜发射激光，倾斜镜将激光反射至接收屏上形成光斑，高速CCD相机采集反射至接收屏上的光斑信息。本发明采用高速CCD相机，简化了整个系统的光路结构。避免了使用四象限管时需要精确调整光路的所带来的麻烦，并解决了由于四象限管尺寸限制所带来的测量高速倾斜镜的谐振频率困难的问题。
文档编号G01H9/00GK101799319SQ20101004653
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者侯再红, 吴毅, 谭逢富, 陆茜, 陈修涛, 靖旭 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所