光學(xué)平臺(tái)隔振系統(tǒng)的主要功能是減弱因振動(dòng)導(dǎo)致的光學(xué)元件相對(duì)位置改變。隔振桌腿用于將地面振動(dòng)在到達(dá)桌面前過(guò)濾掉,而桌面蜂窩結(jié)構(gòu)可以有效降低來(lái)自桌面的振動(dòng)以及桌腿未能過(guò)濾的振動(dòng)。
順應(yīng)性曲線
順應(yīng)性曲線(Compliance Curve)描述了平臺(tái)表面在響應(yīng)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的形變。作為傳遞函數(shù)曲線,它表征桌面上一點(diǎn)在特定頻率下對(duì)動(dòng)態(tài)作用力的位置響應(yīng)。實(shí)測(cè)中該力由校準(zhǔn)錘產(chǎn)生,當(dāng)其擊打桌面時(shí),輸出與力成正比的信號(hào)。蜂窩結(jié)構(gòu)桌面的順應(yīng)性曲線如下圖所示。
從0Hz開始直到數(shù)百赫茲,順應(yīng)性向下直線遞減。這一斜率一致的區(qū)間亦稱為剛體線(Rigid Body Line),在該區(qū)間內(nèi)桌面是剛性的,表面無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。曲線的位置會(huì)因系統(tǒng)重量改變,但斜率始終取決于物理性質(zhì)。圖中每十倍頻率衰減40dB這一斜率由受力加速度和位置改變的關(guān)系給出。
當(dāng)頻率較高時(shí),曲線會(huì)表現(xiàn)出不連續(xù)性。這些不連續(xù)的峰對(duì)應(yīng)著平臺(tái)的固有共振(Natural Frequencies):第一個(gè)顯著的共振可能由扭轉(zhuǎn)或撓曲形變產(chǎn)生,而之后是其他模式和諧振。蜂窩結(jié)構(gòu)相比花崗巖結(jié)構(gòu)適合更多應(yīng)用,正是因?yàn)檩^高的剛度——自重比(Stiffness-to-Weight Ratio)使其共振模式的頻率更高,從而在高頻下產(chǎn)生以下三項(xiàng)優(yōu)勢(shì):
更少的來(lái)自環(huán)境的振動(dòng)
來(lái)自給定加速度(受激力)的更小的位移(形變)
更有效的隔振系統(tǒng)
另外,順應(yīng)性曲線還表征桌面阻尼的信息。阻尼可以降低平臺(tái)表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng),越尖銳的峰對(duì)應(yīng)的阻尼越小。蜂窩結(jié)構(gòu)通常比花崗巖結(jié)構(gòu)包含更多固有阻尼,因此盡管花崗巖結(jié)構(gòu)的順應(yīng)度絕對(duì)值可能更小,但阻尼蜂窩結(jié)構(gòu)的表面各點(diǎn)會(huì)有更少的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。蜂窩結(jié)構(gòu)平臺(tái)提供多種阻尼方式,其中寬帶阻尼技術(shù)在減低寬頻區(qū)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)更有效,而窄帶阻尼技術(shù)可以完全消除某一類(或多類)特定模式的共振。阻尼平臺(tái)的順應(yīng)性曲線更平滑。
振動(dòng)傳遞率曲線
振動(dòng)傳遞率曲線(Transmissibility Curve)表達(dá)的是隔振桌腿的過(guò)濾功能。換言之,它表征有多少地面振動(dòng)經(jīng)由桌腿傳遞到桌面。該曲線由桌腿頂部和地面兩處的振動(dòng)比測(cè)得。氣浮桌腿的振動(dòng)傳遞率曲線如下圖所示。
曲線從(0Hz,0dB)原點(diǎn)開始。當(dāng)頻率很低時(shí),桌腿本質(zhì)上是剛體,任何振動(dòng)都會(huì)被傳遞到桌面。之后曲線上升,在1-2Hz時(shí)達(dá)到峰值。此即桌腿的固有共振(Natural Frequency)和最大放大倍數(shù)。圖中任何一處曲線高于1(Unity Transmission)時(shí),桌腿都將放大振動(dòng)。輕阻尼(Lightly Damped)隔振腿對(duì)應(yīng)高而尖的峰,而重阻尼(Heavily Damped)隔振腿對(duì)應(yīng)低而平滑的峰。大多數(shù)桌腿在固有共振頻率處都放大3到4倍振動(dòng)。當(dāng)頻率增大并超過(guò)桌腿共振頻率后,曲線迅速下降,振動(dòng)傳遞率降到1以下后桌腿開始“隔振”。開始隔振時(shí)的頻率(Crossover Frequency)約為固有共振頻率的1.4倍。隨著曲線下降,機(jī)械高通濾波愈加有效。大部分桌腿在10Hz時(shí)可過(guò)濾超過(guò)90%的地面振動(dòng),100Hz時(shí)可過(guò)濾99%的振動(dòng)。
優(yōu)質(zhì)光學(xué)隔振平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循:
盡量高的桌面共振頻率,以將地面振動(dòng)的影響最小化
盡量低的桌腿共振頻率,以最大化地過(guò)濾高頻振動(dòng)
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。