Analyse der dynamischen Antwort eines ultraschnell aktuierten Spiegels

Dieser Anwendungshinweis zeigt, wie das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct eine detaillierte Analyse der dynamischen Antwort piezoaktuierter Spiegel ermöglicht. Durch die Messung einzelner Komponenten – des blanken Piezorings, der Spiegeloberfläche und der Titanhalterung – zeigt das System, wie jedes Teil zum gesamten mechanischen Resonanzverhalten beiträgt. Diese Methode unterstützt die Optimierung des Aktuatordesigns für optische Hochgeschwindigkeitssysteme, indem verborgene Schwingungsmoden über einen breiten Frequenzbereich identifiziert werden.

Problem

Das dynamische Verhalten piezoaktuierter Systeme hängt nicht nur vom Piezoelement selbst ab, sondern auch von mechanischen Komponenten wie der Halterung und dem aktuierten Objekt. Simulationen allein erfassen die tatsächliche Systemantwort aufgrund von Fertigungstoleranzen und Montageeffekten häufig nicht vollständig.

Lösung

Das PICOSCALE Vibrometer bietet eine berührungslose, hochauflösende Analyse mechanischer Schwingungen über einzelne Komponenten hinweg. Durch Laserscanning und Lock-in-Detektion ermöglicht es Modenbildgebung und die Erfassung von Amplitudenspektren von 10 kHz bis 800 kHz.

Umsetzung

• Ein Frequenzsweep wurde auf ein ringförmiges Piezoelement angewendet, das auf einem Dämpfungspad lag.

• Dieselbe Anregung wurde für die montierte Spiegeloberfläche und die Titanhalterung wiederholt, wobei der Laser jeweils auf die entsprechende Oberfläche fokussiert wurde.

• Bei jeder Resonanz wurden Schwingungsmoden visualisiert, indem 2D-Rasterscans verwendet wurden.

Ergebnisse

• Das blanke Piezoelement zeigte mehrere niederfrequente Biegemoden (z. B. 108, 182, 250 kHz).

• Nach der Montage brachte der Spiegel neue, dominante Resonanzen ein (z. B. 175, 280, 375 kHz), die beim Piezoelement allein nicht sichtbar waren.

• Die Halterung zeigte ausgeprägte Resonanzen mit geringerer Amplitude (z. B. 215, 275, 634 kHz), geprägt durch ihre Geometrie und Masse.

Fazit

Das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct ermöglicht eine umfassende Charakterisierung der Systemdynamik und zeigt, wie einzelne Teile die gesamte mechanische Antwort formen. Diese Fähigkeit ist entscheidend für die Verfeinerung von Designs schneller, piezogetriebener Aktuatoren in optischen Präzisionssystemen.