專利名稱：隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔震裝置，特別是一種利用數(shù)字位相差放大技術(shù)進(jìn)行隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在各種精密檢測(cè)中，特別是光學(xué)精密檢測(cè)，例如全息檢測(cè)、干涉度量(包括電子干涉儀、中子干涉儀、原子干涉術(shù)等)、電子顯微術(shù)、光刻技術(shù)、光柵制作等等，都需要高穩(wěn)定度的防震平臺(tái)。
而我們腳下的這塊土地，每時(shí)每刻都在承受著外部的各種擾動(dòng)。如窗外奔馳的汽車、沉重運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器、來去匆忙的腳步，這一切都在撼動(dòng)著我們的地面，它們雖然對(duì)于我們?nèi)巳簛碚f幾乎沒有什么感覺，但對(duì)于精密的檢測(cè)來說，這種干擾就成了破壞性的了，以至于無法工作。為了防止這種擾動(dòng)，多年來發(fā)展了各種各樣的防震裝置。對(duì)于這些防震裝置的振動(dòng)起伏，通常用干涉儀進(jìn)行測(cè)量，然而，測(cè)試精度只能達(dá)到λ/20，λ為波長(zhǎng)，這仍然不能滿足實(shí)際需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于彌補(bǔ)上述在先技術(shù)的不足，提供一種隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法。該方法應(yīng)簡(jiǎn)便易行，探測(cè)振動(dòng)大小靈敏度高，其精度可達(dá)到納米量級(jí)或以上。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案的實(shí)質(zhì)是利用兩張數(shù)字干涉圖，從干涉圖中取出位相信息，進(jìn)行數(shù)字相減，再進(jìn)行數(shù)字放大，從而測(cè)出隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的大小。
一種隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法，特征在于該方法包括以下步驟①在待檢測(cè)的隔震裝置上，搭建一個(gè)馬赫-曾德爾干涉儀或其它干涉儀；②在所述的干涉儀上用一架數(shù)碼相機(jī)拍攝一張有一定空間頻率的載波條紋的系統(tǒng)干涉圖，該載波條紋的空間頻率應(yīng)調(diào)整到能保證圖像在變換至傅利葉頻譜空間時(shí)，其頻譜不重疊(參見在先技術(shù)寇雷剛，陳建文，電子全息術(shù)，<物理學(xué)進(jìn)展>，15(4)，1995，330-390)；③經(jīng)過一個(gè)時(shí)間間隔后，再拍攝另一張系統(tǒng)的數(shù)字干涉圖；④將兩張數(shù)字干涉圖讀入到計(jì)算機(jī)中去，經(jīng)過傅里葉變換，在頻譜空間獲得分離的一級(jí)衍射項(xiàng)及其共軛項(xiàng)，用數(shù)字濾波方法取出一級(jí)衍射項(xiàng)或其共軛項(xiàng)，再經(jīng)傅利葉逆變換即可得到兩張干涉圖的位相信息；⑤將取出的兩個(gè)位相分布進(jìn)行數(shù)字相減，即可獲得隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布圖；⑥再用數(shù)字位相差放大法進(jìn)行放大，獲得放大了的位相差分布圖，對(duì)于放大N倍的條紋圖，測(cè)試精度可達(dá)到λ/N，由此獲得裝置隨機(jī)振動(dòng)的大小。
本發(fā)明與在先技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)1)操作簡(jiǎn)單，采用數(shù)字干涉和數(shù)字放大法，避免了光學(xué)放大過程中引入的系統(tǒng)誤差和人為誤差，并提高了效率。
2)對(duì)測(cè)量所用的光學(xué)元件無特殊要求，用普通干涉儀就可獲得很高的檢測(cè)精度。


圖1是未經(jīng)放大的系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布圖。
圖2是位相差放大100倍后，系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明按以下6個(gè)步驟進(jìn)行1)在待檢測(cè)的隔震裝置上，搭建一個(gè)馬赫-曾德爾(M-Z)干涉儀；2)在干涉儀上用一架市售的數(shù)碼相機(jī)拍攝一張帶有一定頻率條紋的干涉圖樣；3)經(jīng)過幾秒或幾分鐘間隔之后，再拍攝另一張系統(tǒng)的干涉圖樣；4)將兩張數(shù)字干涉圖讀入到計(jì)算機(jī)中去，經(jīng)過傅里葉變換過程，在頻譜空間可獲得分離的各級(jí)衍射項(xiàng)及其共軛項(xiàng)，取出一級(jí)衍射項(xiàng)或其共軛項(xiàng)，將其進(jìn)行傅利葉逆變換即可得到兩張干涉圖的位相信息。
5)將取出的兩張干涉圖的位相分布數(shù)字相減，即得到系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布圖，如圖1所示；6)然后再進(jìn)行放大，獲得放大后的位相差分布圖，如圖2所示，這里放大倍數(shù)達(dá)100倍。由此可得出隨機(jī)振動(dòng)誤差為10納米。
本發(fā)明的工作原理如下根據(jù)干涉強(qiáng)度公式，干涉圖的強(qiáng)度分布可寫成I(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos(2πf0x+(x，y))(1)這里假設(shè)載波條紋平行于y軸。所謂的載波條紋，就是在未放置待測(cè)樣品時(shí)，由干涉儀直接得到的干涉條紋，f0為載波頻率，f0＝1/d，d為載波條紋的間距。(x，y)是系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)使入射光波產(chǎn)生的位相偏移，a(x，y)是背景光強(qiáng)度，b(x，y)為圖像的襯度。由上式可知，干涉圖是系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)的位相分布疊加于載波條紋形成的，即系統(tǒng)振動(dòng)的位相分布使載波條紋發(fā)生偏折，對(duì)應(yīng)于裝置隨機(jī)振動(dòng)位相分布的等高圖。
由于干涉圖是裝置隨機(jī)振動(dòng)的位相分布和載波條紋疊加在一起形成，將不同時(shí)間的兩次隨機(jī)振動(dòng)引起的位相變化數(shù)字相減，便可得出位相差分布，由此得出系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)誤差值。下面給出一種傅里葉變換方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，這種方法適用于位相偏移(x，y)小于2π的情形。
我們將(1)式改寫成下面的指數(shù)形式
I(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(i2πf0x)+c*(x，y)exp(-i2πf0x) (2)其中， 對(duì)(2)式進(jìn)行一維傅里葉變換得到IF(f,y)=aF(f,y)+cF(f-f0,y)+cF*(f+f0,y)---(4)]]>從(4)式可知，干涉場(chǎng)在傅里葉頻域中形成三個(gè)等距的波峰，它們彼此之間的距離為f0。左右兩邊的的波峰分別對(duì)應(yīng)于(2)式的第三項(xiàng)和第二項(xiàng)，這兩個(gè)波峰含有待測(cè)物體的位相分布信息。我們可以單獨(dú)取出其中一個(gè)波峰，對(duì)它作一維傅里葉逆變換，得到c(x，y)，再根據(jù)(3)式就可以得到每張干涉圖的位相分布。對(duì)間隔一段時(shí)間拍攝的兩張干涉條紋圖分別進(jìn)行上述的處理，兩個(gè)位相函數(shù)經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)字相減后就可以得到系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布，將位相分布函數(shù)乘以放大因子N，就可以得到位相差放大N倍的條紋圖，N可取正整數(shù)。探測(cè)精度為λ/N，λ為干涉波長(zhǎng)。
權(quán)利要求
1.一種隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法，特征在于該方法包括以下步驟①在待檢測(cè)的隔震裝置上，搭建一干涉儀；②在所述的干涉儀上用一架數(shù)碼相機(jī)拍攝一張有一定空間頻率的載波條紋的系統(tǒng)干涉圖，該載波條紋的空間頻率應(yīng)調(diào)整到能保證圖像在變換至傅利葉頻譜空間時(shí)，其頻譜不重疊；③經(jīng)過一個(gè)時(shí)間間隔后，再拍攝另一張系統(tǒng)的數(shù)字干涉圖；④將兩張數(shù)字干涉圖讀入到計(jì)算機(jī)中去，經(jīng)過傅里葉變換，在頻譜空間獲得分離的一級(jí)衍射項(xiàng)及其共軛項(xiàng)，用數(shù)字濾波方法取出一級(jí)衍射項(xiàng)或其共軛項(xiàng)，再經(jīng)傅利葉逆變換即可得到兩張干涉圖的位相信息；⑤將取出的兩個(gè)位相分布進(jìn)行數(shù)字相減，即可獲得隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布圖；⑥再用數(shù)字位相差放大法進(jìn)行放大，獲得放大了的位相差分布圖，對(duì)于放大N倍的條紋圖，測(cè)試精度可達(dá)到λ/N，由此獲得裝置隨機(jī)振動(dòng)的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法，特征在于所述的干涉儀為馬赫—曾德爾干涉儀。
全文摘要
一種隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的精密檢測(cè)方法，包括以下步驟在待檢測(cè)的隔震裝置上，搭建一干涉儀；②在所述的干涉儀上用一架數(shù)碼相機(jī)拍攝一張系統(tǒng)干涉圖，③經(jīng)過一個(gè)時(shí)間間隔后，再拍攝另一張系統(tǒng)的數(shù)字干涉圖；④將兩張數(shù)字干涉圖讀入到計(jì)算機(jī)中去，經(jīng)過傅里葉變換，在頻譜空間獲得分離的一級(jí)衍射項(xiàng)及其共軛項(xiàng)，用數(shù)字濾波方法取出一級(jí)衍射項(xiàng)或其共軛項(xiàng)，再經(jīng)傅利葉逆變換即可得到兩張干涉圖的位相信息；⑤將取出的兩個(gè)位相分布進(jìn)行數(shù)字相減，即可獲得隔震裝置隨機(jī)振動(dòng)的位相差分布圖；⑥再用數(shù)字位相差放大法進(jìn)行放大，獲得放大了的位相差分布圖，對(duì)于放大N倍的條紋圖，測(cè)試精度可達(dá)到λ/N，由此獲得裝置隨機(jī)振動(dòng)的大小。
文檔編號(hào)G01M7/00GK1749723SQ200510031028
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者高鴻奕, 陳建文, 梁珺, 干慧菁, 朱化鳳, 李儒新, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所