光学铰链支承结构的形稳性研究

　　0　引　　言

　　保真度良好的地面基光速传输一般至少要具备两个基本条件:一是发射光源的光束质量良好;二是光学铰链所处的基础无振动或仅存在不使光束逃逸出接收视场的低频微振动。在小型的实验室隔离地基内的光学平台一般可以满足这些条件,而在野外进行光学测量时,要保证光束传输的稳定性,需要克服的主要问题是光源和光学铰链所处地基的随机振动。尤其是进行远距离高精度长时间测量时,改善系统的基础环境、提高系统对随机振动的适应性,是精密测量的重要前提。在外场进行地面基础上的光束传输实验时,由于存在着无法避免的附属设备的随机振动和地面的扰动,光束质量难以保证测量精度,通过对实验中获得的光学测量数据以及对关键点的振动测量的谱分析,发现导致光束漂移的主要原因是光学铰链支承系统的形稳性较差,同时产生光源设备的腔体连接方式是造成光束质量下降的重要因素。

　　外场测量时要保证光束传输的质量,应该对镜架及其支承结构的稳定性有更高的要求,但在调试过程中发现以下现象:

　　a)用手轻拍He-Ne准直激光器管的支承平台后,发现光漂移;

　　b)调好光以后,加光腔盒上盖好,发现光漂移;

　　c)调好光以后,经过一段时间(6~24小时)后,发现光漂移;

　　d)长时间运行时光束质量无法预见。

　　为此,对光腔盒内镜架座的支承构件(层叠型小平台)及He-Ne光调整镜的两个支承架进行振动响应测量。并分析了连接两个光腔盒(A、B)的殷钢棒对系统稳定性的影响。从而提出了可行的改进方案。

　　1　光学铰链支承结构存在的问题

　　1.1铰链支承结构

　　光腔盒内镜架支承小平台示意图如图1所示。

　　图中下底板固连于光腔盒厚板上,其上沿X轴方向开平行倒“T”字形槽。在平行槽内各穿两个普通六角螺栓,将镜支承小平台的下支承板连于下底板上;然后用四根平行支柱支撑住上支承板。上支承板上固定着两个反射光束的镜架。立柱尺寸为Φ20×160mm,其下端用螺纹旋入下支承板,上端用上下两个手动螺母来固定上支承板,并粗调节镜架的俯仰及方位。光腔盒外两个He-Ne光调整支架也采用四根平行友柱支撑,下端用少许螺扣连于底板,上端用螺扣连接上支承板,其上固连镜架座。

　　1.2铰链支承存在的问题

　　轻微扭动光腔盒内镜架上、下支承板,发现下支承板可以沿Y方向(垂直于T形槽)偏转2~3mm(目视结果)。这说明连接下支承板的四个螺栓与T形槽间存在不小的间隙。这种四根平行支柱连接的支架,上、下之间只用很少几个螺栓,从结构上讲接近于上、下铰接,这样就接近几何可变的结构,即上、下支承板很容易发生相对错动,而不是稳定的结构。