Главная / Библиотека / Оптические столы в приложениях с высоким уровнем вибраций

Оптические столы в приложениях с высоким уровнем вибраций

Оптические столы в приложениях с высоким уровнем вибраций

Важной частью каждой оптической лаборатории является оптический стол. Оптический стол должен обладать достаточной жесткостью, амортизацией, плоскостностью, чистотой поверхности, равномерным коэффициентом теплового расширения. На оптической плите располагаются тщательно выверенные массивы резьбовых отверстий. Но самой важной характеристикой является то, что они обеспечивают высокую стабильность оптической системы.

Оптические столы подавляют вибрацию благодаря пневматической опоре. В сочетании с массивной плитой стол создает демпфирующую систему с шестью степенями свободы, в которой сотовая верхняя часть выступает в качестве твердого тела, а опора - в качестве демпфирующей пружины.

Пружинный демпфер имеет характерную резонансную частоту (fn), на которой резко усиливается вибрация. При достижении частоты около 1,4fn внешняя вибрация подавляется. Усиление в резонансе и повышение изоляции являются функцией коэффициента затухания. Стандартная опора изолирует вибрацию пола выше 3-4 Гц.

При резонансных частотах выше 100 Гц вибрация, достигающая верхней плиты через изоляторы или другие пути, не усиливается в диапазоне критических частот, где оптоэлектронные устройства наиболее чувствительны, то есть от 0,5 до 30 Гц. Новые конструкции оптических столов со сложными изоляционными опорами улучшают стабильность стола и в критической области, изолируя эти низкочастотные колебания, позволяя проводить даже самые сложные исследования, например, в многофотонной визуализации и одномолекулярной биофизике.

Демпфирование и изоляция

Демпфирование и изоляция вибрации - это разные характеристики, которые часто ошибочно приравнивают. Демпфирование - это преобразование механической энергии в тепло, которое происходит как в настольной конструкции, так и в виброизоляционных опорах. Энергия, достигающая изолированной структуры, должна рассеиваться (преобразовываться в тепло). Массивные пружинные демпферы, встроенные в конструкцию столешницы, обеспечивают демпфирование – преобразование механической энергии в тепло. Когда система оптического стола нарушена, воздушные изоляторы возбуждаются на их резонансной частоте (1-3 Гц). Эта вибрация рассеивается, когда отверстия, приборные панели и другие устройства, встроенные в воздушные изоляторы, преобразуют эту энергию в тепло.

Еще одно различие: изоляция вибраций достигается за счет механизмов в опорной стойке изолятора. Активное демпфирование структуры верха достигается электромеханическими устройствами, встроенными в верхнюю платформу.

Изоляция низких частот

Ученые и инженеры часто проводят измерения в меньших масштабах, оптические настольные схемы становятся все более чувствительными к низкочастотной вибрации пола. Такая вибрация в диапазоне 0,5-30 Гц не ослабляется даже на самых жестких и высокодемпфируемых платформах.

Вибрация в этом частотном диапазоне, достигающая изолированной поверхности, просто приводит к движению твердого тела волчка. Для эффективного ослабления вибрации в этом частотном диапазоне волчок должен быть изолирован от вершины стола. Лучшие опоры обеспечивают ограниченную изоляцию в этом диапазоне частот.

Как правило, они состоят из пассивных самовыравнивающихся воздушных изоляторов с низкими вертикальными и горизонтальными резонансными частотами, которые резонируют вибрацию пола в диапазоне 1-4 Гц и начинают изолировать частоты выше 4 Гц.

Инерциальная обратная связь активных систем

tmc serial vs parallel

Последовательная и параллельная изоляция вибраций (схематично)

На рисунках показаны системы активного подавления вибраций параллельного и последовательного типов. Названия даны в соответствии с расположением поддерживающей пружины и исполнительного механизма.

Первые варианты систем активного виброподавления с инерционной обратной связью представляли собой конфигурации параллельного типа, в которых инерционный датчик установлен на изолированной поверхности, а привод отмены установлен параллельно с пружинами (опорами воздушного изолятора), поддерживающими изолированную поверхность. Этот подход позволяет эффективно подавить резонансное усиление опорных воздушных изоляторов в диапазоне 1-4 Гц.

Альтернативный подход был разработан с использованием конфигурации последовательного типа. Здесь опорная пружина расположена последовательно с приводом отмены. Датчик монтируется на сверхтонкую внутреннюю массу, которая поддерживает полезную нагрузку через жесткую пружину с частотой колебаний 15-20 Гц.

Современные разработки в области пьезоэлектрических актюаторов применяются с расчетом на поддержание большой статической массы и имеют отличный отклик на очень низкие частоты.

Контур обратной связи замыкается на внутреннюю массу, так как приводы «фильтруют» шумы пола, препятствуя распространению до вершины. Когда пол движется вверх, приводы сжимаются; когда пол движется вниз, они расширяются.

Трехосная конструкция расширяет управление до шести степеней свободы. Такие системы по своей природе надежны, поскольку резонансы полезной нагрузки отфильтровываются от достижения внутренней массы жесткой пружиной.

Этот подход особенно эффективен на низких частотах, обеспечивая улучшение на несколько порядков по сравнению с пассивными воздушными изоляторами в диапазоне 1-3 Гц.

Хотя подход последовательного типа обеспечивает существенные улучшения на очень низких частотах, на более высоких частотах от последовательной конфигурации мало пользы. Поскольку пассивная поддерживающая пружина намного жестче, чем обычная пассивная пневматическая пружина, на более высоких частотах будет обеспечиваться меньшая изоляция. В диапазоне 10-30 Гц активные системы последовательного типа не обеспечивают лучшего ослабления вибрации, чем пассивные самовыравнивающиеся опоры воздушной изоляции.

Системы для изоляции вибраций уровнем более 10 Гц

Находясь в поиске более инновационных решений, ученые экспериментировали с системами виброподавления, размещая активную систему последовательного типа под пассивным воздушным изолятором. Такие системы обеспечивают комбинированную изоляцию каждой подсистемы, поскольку передаточные функции являются аддитивными.

К сожалению, такой подход, основанный на принципе «сделай сам» неудобен и приводит к громоздким решениям. Лучшим подходом к решению проблемы подавления низких частот является интегрированная двухступенчатая пассивно-активная система изоляции. Такие системы в настоящее время имеются в продаже с шестью степенями свобод и вобрали лучшее из параллельного и последовательного виброподавления.

Параллельная и последовательная система изоляции вибраций

Оптический стол TMC для лазерных установок обеспечивает изоляцию вибраций 20-30 дБ в широком частотном диапазоне.

stacisundertableltb-article

Пассивно-активные системы используются в применении к наиболее чувствительным приложениям, включая одномолекулярную биофизику, многофотонную визуализацию, атомно-силовую микроскопию, конфокальную микроскопию и интерферометрические исследования больших образцов, где разрешение не превышает меньше нанометра и даже меньше ангстрема. Поскольку разрешение мало, быстрое развитие виброизоляционных систем гарантирует, что вибрация пола не станет критическим фактором, ограничивающим исследования.

©TMC

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции TMC на территории РФ

Теги виброизоляция tmc оптический стол
Новые статьи
Колориметрия с Avantes

Хоть наш глаз и способен различить около 10 миллионов различных цветов, его чувствительности недостаточно для численного измерения соответствующих длин волн - колориметрии. Для этой цели используется специализированное оборудование – спектрометры.

Зеркала с высокой дисперсией

При работе с лазерными системами, излучающими сверхкороткие импульсы, дисперсия может быть скомпенсирована с помощью специальных зеркал, имеющих отрицательную дисперсию.

Генерация с выходной мощностью 264 Вт на длине волны 1585 нм в волоконном лазере
В этой статье описывается разработанный волоконный лазер, подходящий для коммерческих, оборонных и аэрокосмических применений, для которых требуются легкие и надежные лазерные источники с высокой эффективностью и выходной мощностью.
Альтернативные длины волн CO2 лазеров

Любой материал имеет характерный спектр поглощения - то есть существуют определенные длины волн света, которые данный материал поглощает сильнее, чем другие. Почему это важно? Лазеры излучают свет на определенных длинах волн. При совпадении длины волны излучения источника света с полосой поглощения материала, результаты применения лазера будут более качественными и продолжительность процесса сократится.

Измерение спектров флуоресценции Avantes

Флуоресцентная спектроскопия (т.н. флуорометрия или спектрофлуориметрия), представляет собой тип электромагнитной спектроскопии, при которой анализируется флуоресценция образца.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2