一种振动失调反射光学系统模拟计算的实验分析方法

A test method for simulation calculation of a misalignedreflection optical system under vibration interferenceSHAO Jun，YEng-feng，HU Zhi-yun，ZHANG Zhen-rong，HUANG Mei-sheng(The State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter，Nohwest Institute 0f Nuclear Technology，Xian 710024，China)Abstract： Based on a dynamic calculation model of optical elements and a ray transmission misalignment model，asimulation calculation method was established for a misaligned reflection optical system under vibration inteference.Themulation calculation of the system was updated and verified with modal tests and shaking table tests.The comparisonbetween the test results and the simulation ones showed that the deviation of the two results for an optical elementS modalparameters iS less than 5% . and the deviation of the two results for a basic reflection optical systemS vibrationmisalignment iS less than 17% .The reliability of this simulation calculation method was verified.A basis was provided foranti-vibration performance analysis and vibration reduction analysis of optical systems。

Key words：vibration and wave；model updating；modal test；shaking table test为了保证光学系统能够在现场实验时，不受振动和噪声的干扰，正常工作，需提高其抗振性能和工作稳定性。本文为建立具备-定工程精度且能基本反映系统动力学行为的有限元模型，采用模态实验和振动台测试相结合的方法对模型进行修正和验证- J，得到较为可靠的基于振动失调反射光学系统模拟计算结果，为光学系统进-步的抗振性能分析和减振分析奠定理论基淳 J。首先在建立光学元件动力学计算模型和光线传输失调模型的基础上；搭建了模态测试系统和光束失调测量装置，然后通过模态和振动台实验对动力学计算模型的材料参数和边界条件参数进行修正；最后通过振动台实验进-步验证了光线传输失调模型和振动失调反射光学系统模拟计算方法的可靠性。

1 振动失调反射光学系统模拟计算方法基于振动失调反射光学系统模拟计算主要有两部基金项 目：自然科学基金 D51176159收稿 日期 ：2012-05-10 修改稿收到 日期：2012-07-19第-作者 邵 瑁 女，硕士，工程师，1984年4月生分构成，光学元件动力学计算模型和光线传输失调模型。

1.1 光学元件动力学模型以图1典型反射镜座为研究对象，利用 ANSYS有限元分析软件，在对模型的形状、尺寸和工况条件进行分析的基础上，建立初始的动力学计算模型，如图 2所示 。

图1 反射镜座实物照片 图2反Fi射g.镜2 F座in动ite力e学lem计en算t模型Fig.1 Ren r e m。deJan s m0del第 12期 邵 琚等：-种振动失调反射光学系统模拟计算的实验分析方法 75量窦t×10。2/s. 2 0 2 4 6 8 l0 12 14 16 l8 2Ot×1O-S/s(b)激励频率810 Hz图 10 不同激励光斑失调随时问变化的模拟数据Fig.10 Spot misalignment analysis resultsdependent on time under different stimulation表 2 光斑最大漂移量实验和模拟数据对比Tab.2 Comparison of analysis spot misalignmentand testing spot misaligmnent从表2中的对比数据可以看出，在垂直方向上，模拟计算结果和实验结果偏差在5%以内，而水平方向上偏差较大，在 17%以内。原因是由于加载的载荷为垂直方向，造成的光束偏移也主要在垂直方向，水平方向的偏移本身就很小，更容易受到其它因素干扰，因此误差相对较大 。

至此，通过对建立模型的实验修正验证，建立了-种可靠的振动失调反射光学系统模拟计算方法。

4 结 论文中结合有限元动力学模型和光线传输失调模型，建立了基于振动失调的反射光学系统的模拟计算方法。为了验证该方法的可靠性，通过模态实验和振动台实验，形成了-种对模拟计算的实验修正方法，使得修正后的模型模态参数计算和实验结果偏差在5%以内，该动力学模型已经应用于激光诊断技术领域，而且在其它的光学装置在振动环境中的性能考核和优化设计也可以发挥作用。