[发明专利]压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置及测量方法

说明书

不同负载下压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置及测量方法，包括聚焦光路的构建，自动检测算法的实现，对不同负载下压电陶瓷响应频率的测量，数据的记录和分析等步骤。通过激光器、聚焦物镜、光电探测器等构建一个聚焦光路。当压电陶瓷搭载不同的负载进行周期性移动的时候，分析光电探测器上信号的变化频率实现对压电陶瓷在不同负载下响应频率的检测。本发明简单实用，操作便捷，干扰小，实现了在非接触式的情况下对压电陶瓷在不同负载下响应频率的测量，具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及精密制造加工以及高端光刻领域重要的元件压电陶瓷响应频率的测量，是一种不同负载下压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置及测量方法。

背景技术

近年来，随着科技的不断发展，在高精密机械制造和加工，高精度光学和电子元件的制造，高精度光学测量，高精度3D打印制造,以及半导体制造行业等，对精度的要求越来越高。压电陶瓷作为一种精度极高的位移平台广泛应用于这些领域的精密制造和加工中。压电陶瓷在负载下的响应频率相对于空载时会降低很多，同时随着负载的加重，其相应频率会进一步降低。而在实际应用中，压电陶瓷的响应频率好坏在对于系统控制、控制算法设计有很大的影响。当前对于压电陶瓷不同负载下的响应频率的测量方法不多，大多是利用应变片和电容传感器来进行测量，而这两种方法都是接触式测量，会带来许多的机械误差，同时驱动压电陶瓷的高电压会影响测量信号的低电压，给信号带来很多的噪声，另外这些传感器的使用也大大增加的压电陶瓷的成本。本发明提出了一种不同负载下压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置及测量方法，是一种非接触式的光学测量方法，其测量精度高，并且避免了原有方法的机械误差和高压的影响，具有很高的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供不同负载下压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置及测量方法。压电陶瓷在不同负载下的响应频率有很大不同，在较高的驱动频率下，压电陶瓷难以及时响应，通过光学的方法，利用光电探测器测量反射光经过小孔后的信号变化频率，来检测压电陶瓷的响应频率是否与驱动频率一致，不断增大驱动频率，当光电探测器的信号变化频率与驱动频率刚好不一致时，此时的驱动频率即为压电陶瓷在当前负载下的最大响应频率，以此来测量在不同负载下压电陶瓷的响应频率。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种不同负载下压电陶瓷响应频率的非接触式测量装置，其特点在于，包括计算机、控制器、激光器、扩束准直器、1/2波片、光电探测器、小孔装置、第二聚焦物镜、偏振分光棱镜、1/4波片、反射镜、手动调焦装置、固定在压电陶瓷上的第一聚焦物镜，以及供铝膜样品放置的二维电机位移平台；

所述的激光器发出蓝光，依次经过扩束准直器、1/2波片、偏振分光棱镜和1/4波片后，经反射镜反射之后入射到第一聚焦物镜，最后聚焦到反射样品上，经反射样品反射后，沿原光路返回入射至偏振分光棱镜，经偏振分光棱镜反射，经第二聚焦物镜汇聚后穿过小孔装置到达光电探测器；

所述的小孔装置位于第二聚焦物镜的焦点处；

所述的小孔装置的直径范围为0-50um；

所述的手动调焦装置用于调节第一聚焦物镜的位置；

所述光电探测器的输出端与所述控制器的输入端相连，该控制器的输出端分别与压电陶瓷和二维电机位移平台相连，且该控制器与所述计算机进行通讯。

所述的激光器发出波长为405nm的蓝光。

利用所述的不同负载下压电陶瓷响应频率的非接触式测量方法，其特点在于，该方法包括以下步骤：

步骤1)用磁控溅射方法在玻璃基底上镀上一层铝薄膜作为铝膜样品；

步骤2)构建光路系统：

e)调节扩束准直器，使所述的激光器发出蓝光经扩束准直器变为平行光；