[实用新型]一种压电陶瓷动态频率响应的光学检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及精密器件的位移频率响应检测领域，具体涉及一种压电陶瓷动态频率响应的光学检测装置。

背景技术

压电陶瓷具有响应快、精度高、适用频率范围宽、体积小、不吸潮、寿命长等优点，现已广泛应用于精密仪器、机械控制、微电子技术、生物工程、光学工程等领域。在一些动作速度快、位移精度高的使用场合，要求压电陶瓷有位移响应快、频率平坦的特点，因此需要测试压电陶瓷在不同电压、频率下的动态频率响应性质。现阶段，关于压电陶瓷动态频率响应的测试方法较少，运用的手段常为速度传感法、应变片反馈法。但运用这些手段的检测装置过于复杂且实现困难，测试精度不高，且对传感器响应速度要求苛刻，制造成本高。因此，如何能方便快捷且高精度的检测压电陶瓷动态频率响应成为一个亟待解决的问题。而利用光学干涉手段检测的方法简单、且通用性较强，易于在实验室中使用，可测量压电陶瓷在不同扫描波形频率下的动态响应，测量精度可达纳米级，适用于要求极高的光学谐振腔中。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种压电陶瓷动态频率响应的光学检测装置，具有简单有效、测量精度高、具有通用性且易于使用的优点。

本实用新型的光学检测装置包括了迈克尔逊干涉仪、信号控制器、光电探测器和数据采集显示系统，其中所述迈克尔逊干涉仪双光束臂分别为参考臂和测量臂，待检测的压电陶瓷紧固于所述测量臂中的移动反光镜后，所述移动反光镜随所述压电陶瓷形变在光路方向发生位移；所述信号控制器向所述压电陶瓷施加扫描电压；所述迈克尔逊干涉仪干涉光出射至所述光电探测器；光电探测器探测干涉光选定点的光强并输出信号至所述数据采集显示系统。

优选的，所述迈克尔逊干涉仪包括单色光源、扩束镜组件、分光镜、参考反光镜和移动反光镜。更优选的，所述参考反光镜设置在所述参考臂中，所述移动反光镜设置在所述测量臂中。

优选的，所述干涉光出射光路依次设置偏转反光镜和小孔光阑，所述干涉光经小孔光阑后射入所述光电探测器。

优选的，所述信号控制器向压电陶瓷施加连续的扫描电压信号。

另一方面，利用本实用新型的光学检测装置检测压电陶瓷动态频率响应的方法，包括以下步骤：

步骤1：将迈克尔逊干涉仪中双干涉臂之一作为测量臂，所述测量臂中设置移动反光镜；将另一臂作为参考臂；

步骤2：将待检测压电陶瓷紧固于迈克尔逊干涉仪中的移动反光镜后，使移动反光镜可随所述压电陶瓷形变在光路方向上发生位移；

步骤3：向所述压电陶瓷施加扫描电压，使所述压电陶瓷随扫描电压发生形变；

步骤4：所述迈克尔逊干涉仪使用单色光源，选定输出的干涉条纹上的一点，探测并采集该点光强随所述扫描电压的变化；

步骤5：改变所述扫描电压的频率，得到不同扫描频率下的待检测压电陶瓷频率响应特性曲线。

优选的，所述参考臂与测量臂的长度均小于所述单色光源的相干长度。

优选的，所述迈克尔逊干涉仪输出的干涉光使用小孔光阑成像。

优选的，所述步骤3中向压电陶瓷两端分别施加扫描电压。

更优选的，所述压电陶瓷两端的扫描电压为不同波形。

根据上述检测方法，由迈克尔逊干涉仪的单色光源发出的单色光经过其扩束镜组件扩束后依次经过分光镜分为两束光，两路光束分别通过参考反光镜和移动反光镜反射并原路返回至分光镜，两束光的光程长度不同，即存在光程差Δx，经由分光镜汇总形成干涉光。干涉光经过沿干涉光出射光路依次设置的偏转反光镜和小孔光阑射入光电探测器，形成明暗干涉条纹，所述明暗条纹满足公式Δx＝nλ/2，其中n为整数，当n是偶数时为明条纹，n是奇数时为暗条纹；λ为所用单色光源的波长。光电探测器探测干涉条纹选定点上的光强变化，输出信号至数据采集显示系统，得到所述扫描电压信号下的压电陶瓷驱动电压-光强变化曲线。

本实用新型的有益效果是，提供了一种检测方法简单、通用性强，易于在实验室中使用的快速检测压电陶瓷动态频率响应的装置及方法。该装置和方法运用了迈克尔逊干涉原理进行光路系统的结构设计，具有结构简单，安装和使用方便，测量精度可达到纳米级别，结果直观可靠等优点，可适用于要求极高的光学谐振腔中。

附图说明

图1是本实用新型压电陶瓷动态频率响应的光学检测装置结构示意图；

图2是实施例中测得的压电陶瓷电压-光强变化曲线图；