【衡工儀器】光學(xué)平臺的隔振原理

　　光學(xué)平臺，又稱光學(xué)面包板、光學(xué)桌面、科學(xué)桌面、實驗平臺，供水平、穩(wěn)定的臺面，一般平臺都需要進行隔振等措施，保證其不受外界因素干擾，使科學(xué)實驗正常進行。

　　光學(xué)平臺廣泛應(yīng)用于光學(xué)、電子、精密機械制造、冶金、航天、航空、航海、精密化工和無損檢測等領(lǐng)域，以及其他機械行業(yè)的精密試驗儀器、設(shè)備振動隔離的關(guān)鍵裝置中。要理清光學(xué)平臺的隔振原理，首先應(yīng)了解“振動”的來源。

　　振動的來源

　　大多數(shù)光學(xué)實驗或工業(yè)生產(chǎn)都對系統(tǒng)穩(wěn)定性有較高的要求。各種因素造成的振動會導(dǎo)致儀器測量結(jié)果的不穩(wěn)定性和不準確性，嚴重干擾生產(chǎn)和實驗的進行。

　　振動來源主要分為來自系統(tǒng)之外的振動和系統(tǒng)內(nèi)部的振動。地面固有振動，工作人員踩踏地板以及開、關(guān)門或墻壁碰撞等通過地面?zhèn)鱽淼恼駝泳鶎傧到y(tǒng)之外的振動，這一類振動需通過光學(xué)平臺的隔振腿衰減；而來自系統(tǒng)內(nèi)部的振動包括儀器振動、氣流、冷卻水流等，則需依靠光學(xué)平臺的桌面阻尼來隔絕。

　　振動基本原理

　　固有頻率

　　固有頻率，顧名思義，為系統(tǒng)本身發(fā)生的振動的頻率。數(shù)值上來看，固有頻率等于共振頻率?？紤]物塊與彈性懸臂梁組成的系統(tǒng)，固有頻率取決于兩個因素——物塊質(zhì)量，以及充當彈簧的彈性懸臂梁的彈性系數(shù)。質(zhì)量減小或彈性系數(shù)減小可增大固有頻率；質(zhì)量增大或懸臂梁彈性系數(shù)增大可降低固有頻率。

　　實驗室或廠房內(nèi)可能存在的振動源，包括地表的振動（固有頻率 10-5-20 Hz），大型建筑的振動（1 Hz左右），聲音（20 Hz以上），儀器設(shè)備（10 Hz以上）。用戶應(yīng)當根據(jù)自身情況，選擇合適的光學(xué)平臺以對振動有效隔絕。

　　阻尼

　　如果沒有阻尼，系統(tǒng)將在靜止前振動很長一段時間——至少幾秒鐘。阻尼可消耗系統(tǒng)的機械能，使衰減更迅速。例如，當音叉頂端浸入水中時，振動幾乎立即減弱。同樣，當手指輕觸共振物塊——懸臂梁系統(tǒng)時，該阻尼裝置也會迅速的消耗振動能量。

　　理想簡諧振動

　　一個與理想線性彈簧連接的固定物塊M可產(chǎn)生簡諧振動，如下圖所示。

　　彈簧長度變化Δx與應(yīng)力F的關(guān)系可表示為Δx = CF，其中C是彈簧順應(yīng)性系數(shù)（Compliance），與彈簧彈性系數(shù)k成反比：k=1/C。

　　在彈簧——物塊系統(tǒng)中，當彈簧末端發(fā)生頻率為，最大振幅為|u|的正弦運動時，物塊M將產(chǎn)生最大振幅為|x|，頻率同樣為ω的正弦運動。物塊運動|x|的振幅與彈簧末端運動|u|的振幅的穩(wěn)態(tài)比即振動傳遞率T（Transmissibility），而系統(tǒng)的共振頻率或固有頻率ω0可表示為：

　　固有頻率隨物塊質(zhì)量M或彈簧順應(yīng)性C的增加（更柔軟）而降低。振動傳遞率曲線表征于下圖：

　　該系統(tǒng)三個突出的特征為：

　　1）振動頻率遠低于系統(tǒng)固有頻率時，傳遞率T=1，因此物塊的運動幅度與彈簧另一端相同。

　　2）接近固有頻率時，彈簧末端的運動幅度增強，物塊|x|的運動振幅大于彈簧末端的運動|u|振幅。對于一個無阻尼系統(tǒng)（ζ=0），物塊的運動振幅此時在理論上會變得無限大。

　　3）遠高于系統(tǒng)固有頻率時，物塊位移|x|與1/ω2成比例地減少。在這種情況下，系統(tǒng)產(chǎn)生的位移不能傳遞至物體，也就是說彈簧充當了隔離器。

　　衡工光學(xué)平臺系統(tǒng)

　　衡工光學(xué)平臺系統(tǒng)包括光學(xué)臺面和隔振腿。光學(xué)平臺可放置儀器并對振動進行控制。光學(xué)平臺臺面是隔振系統(tǒng)中重要的一部分，其主要作用是提供一個無相對形變的剛性平臺，當有振動源傳遞到桌面時，桌面蜂窩結(jié)構(gòu)和阻尼可有效減弱光學(xué)平臺振動變形。

　　隔振腿除了支撐，主要作用是隔離來自地面的振動，隔振性能是其最重要指標之一。其他性能還包括：各腿高度獨立調(diào)節(jié)，自動水平，載重能力，高度可選，有無磁性等等。

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