【概述】

30多年來(lái)，TMC一直致力于為精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)提供精密工作臺(tái)面和隔振系統(tǒng)。為了提供更好的性能，精密“臺(tái)面”及其配套隔離器的設(shè)計(jì)必須解決核心問(wèn)題：環(huán)境噪音的控制。

【實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件】

有三個(gè)主要的振動(dòng)源（噪音）：地面振動(dòng)，聲學(xué)噪音，和“直接力”干擾。地面振動(dòng)或地震振動(dòng)存在于世界上所有的環(huán)境中。這種噪音有各種各樣的來(lái)源，從海浪沖擊海岸線，大地板塊的持續(xù)磨擦，風(fēng)吹動(dòng)樹(shù)木和建筑物，到人為的來(lái)源，如機(jī)器，暖通空調(diào)系統(tǒng)，街道交通，甚至是行走的人。TMC隔振系統(tǒng)旨在將這些振源的影響降到低。

        噪音來(lái)自許多相同的來(lái)源，但通過(guò)空氣壓力波傳輸?shù)接行лd荷。這些直接在有效載荷上產(chǎn)生影響。即使是亞音速聲波也可以通過(guò)在氣動(dòng)減振器的膜片上產(chǎn)生氣壓差來(lái)干擾有效載荷。附近的暖通空調(diào)通風(fēng)口產(chǎn)生的氣流也會(huì)產(chǎn)生“聲學(xué)”噪音。TMC為OEM應(yīng)用生產(chǎn)隔音罩，通過(guò)在整個(gè)有效載荷上提供一個(gè)幾乎密封、重量足夠、吸收能量的隔音罩，從而保護(hù)有效載荷免受這種類型的干擾。

聲學(xué)噪音可以測(cè)量，但它對(duì)有效載荷的影響取決于許多難以估計(jì)的因素（如有效載荷的聲學(xué)橫截面）。對(duì)這類噪音源的分析超出了本討論的范圍。*一般而言，50Hz以上的振動(dòng)主要為聲學(xué)噪音。

        第三個(gè)振動(dòng)源是直接施加在載荷上的力。這些可以是直接機(jī)械耦合的形式，如振動(dòng)通過(guò)軟管傳輸?shù)接行лd荷，或激光水冷卻線。它們也可以來(lái)自有效載荷本身。以半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備為例，移動(dòng)載物臺(tái)是用來(lái)定位硅片。用于使載臺(tái)加速的力也以反作用力的形式作用于有效載荷的“靜態(tài)”部分。移動(dòng)載物臺(tái)也改變了有效載荷的整體質(zhì)量ZX（COM）。通過(guò)TMC的MaxDamp?系列隔振器，可以被動(dòng)地減少這些振動(dòng)源，也可以主動(dòng)地使用反饋或前饋技術(shù)。有效載荷產(chǎn)生的噪音源通常是眾所周知的性質(zhì)，不需要任何測(cè)量來(lái)描述。

通過(guò)有效載荷設(shè)計(jì)，可以ZD限度地減小振動(dòng)對(duì)載荷的影響。TMC提供了多種蜂窩狀光學(xué)平臺(tái)，面包板和平臺(tái)。這些可適用于標(biāo)準(zhǔn)和定制的形狀與尺寸。通過(guò)具有高共振頻率和特殊的阻尼特性，來(lái)降低環(huán)境噪音的影響（有關(guān)氣動(dòng)減振器的更多信息）。

1.1 測(cè)試噪音

        地震（地面）噪音通常不能事先知道，必須進(jìn)行測(cè)量。地震噪音源有兩種：周期性或相干噪音，及隨機(jī)或非相干噪音。一種方法需要使用振幅譜，而第二種方法使用振幅譜密度進(jìn)行分析。為了確定有效載荷的預(yù)期振動(dòng)水平，這些必須與支撐它的隔離系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞函數(shù)相結(jié)合。

1.1.1 周期性噪音

     周期性噪音通常來(lái)自旋轉(zhuǎn)機(jī)械。到目前為止，Z常見(jiàn)的例子是暖通空調(diào)系統(tǒng)中使用的大風(fēng)扇。這些風(fēng)扇以恒定的速率旋轉(zhuǎn)，可以產(chǎn)生連續(xù)的單頻振動(dòng)(有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)諧波頻率)。另一個(gè)常見(jiàn)的來(lái)源是空氣壓縮機(jī)。壓縮器應(yīng)該被認(rèn)為是周期性的、相干的噪音源，盡管它們是非平穩(wěn)的，這意味著測(cè)量結(jié)果會(huì)根據(jù)噪音源是否是有源的而變化。所有周期噪音源，不論其是否平穩(wěn)，均應(yīng)采用振幅譜測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量。

     振幅譜測(cè)量是從傳感器測(cè)量噪音中，由采取傅里葉變換的數(shù)據(jù)收集。Z常見(jiàn)的傳感器是加速度計(jì)，它將產(chǎn)生一個(gè)以加速度為單位的頻率函數(shù)的頻譜。加速度計(jì)很受歡迎，因?yàn)樗鼈冇幸粋€(gè)“平”頻響，而隨機(jī)的地面噪音在加速度上通常是相當(dāng)“平”的(見(jiàn)下文第1.2.2節(jié))。振幅頻譜也可以表示為速度或位置振幅作為頻率的函數(shù)。大多數(shù)頻譜分析儀使用快速傅里葉變換，或FFT。FFT分析儀在輸入數(shù)據(jù)中找出每個(gè)頻率的振幅并繪制它。這包括任何周期性噪音源的振幅和頻率。使用振幅譜測(cè)量周期性噪音源的振幅與數(shù)據(jù)記錄的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

1.1.2 隨機(jī)噪音

     隨機(jī)或非相干噪音，是使用振幅譜密度來(lái)測(cè)量的。區(qū)別在于，在分析儀顯示之前，振幅譜(上圖)乘以數(shù)據(jù)記錄長(zhǎng)度的平方根。結(jié)果是一條曲線，它以[單位]/√Hz為單位測(cè)量隨機(jī)噪音，其中[單位]可以是加速度、速度或位置。這種對(duì)測(cè)量帶寬的歸一化確保了測(cè)量的噪音電平獨(dú)立于數(shù)據(jù)記錄的長(zhǎng)度。**例如，如果不進(jìn)行這種校正，如果數(shù)據(jù)記錄的長(zhǎng)度增加了100倍，隨機(jī)噪音的水平就會(huì)減少10倍。請(qǐng)注意，當(dāng)使用譜密度時(shí)，周期性噪音源的振幅會(huì)隨著數(shù)據(jù)記錄變長(zhǎng)而增大。隨機(jī)的地面噪音水平變化很大，但一個(gè)“平均”地點(diǎn)的噪音可能在0.5μg/√Hz 之間，在1到幾百Hz之間。隨機(jī)噪音也可以是非平穩(wěn)的。例如，暴風(fēng)雨天氣會(huì)顯著增加隨機(jī)地震噪音的水平。圖1顯示樓宇常見(jiàn)的噪音聲級(jí)。

1.1.3 測(cè)量有效值

    由于大多數(shù)地點(diǎn)既有隨機(jī)的噪音源又有周期性的噪音源，因此通常需要提出一個(gè)單一的數(shù)字來(lái)描述噪音水平。這通常是通過(guò)在指定的頻率范圍內(nèi)引用一個(gè)RMS(均方根)噪音水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。幸運(yùn)的是，通過(guò)在特定的頻率范圍內(nèi)對(duì)功率譜密度或PSD進(jìn)行積分，這是很容易做到的。PSD是振幅譜密度的平方。這給出了如下表達(dá)式：頻率f1和f2之間的均方根運(yùn)動(dòng)

該公式在考慮了周期性噪音源和隨機(jī)噪音源的情況下，正確地計(jì)算了測(cè)量值的均方根值。大多數(shù)頻譜分析儀能夠執(zhí)行這種集成作為一個(gè)內(nèi)置的功能。任何單一周期源對(duì)這個(gè)均方根值的貢獻(xiàn)都可以用振幅譜(而不是振幅密度)和峰值除以/ √2來(lái)測(cè)量。幾個(gè)峰的貢獻(xiàn)可以通過(guò)正交相加來(lái)合并。均方根值有時(shí)也表示為“1/3倍頻程圖”，其中1/3倍頻程頻率箱計(jì)算的均方根值的直方圖顯示為頻率的函數(shù)。八音度是頻率的兩倍。

1.1.4 描述光電隔離器

    載荷上的噪音水平可以通過(guò)測(cè)量上面所述的地面噪音來(lái)預(yù)測(cè)，然后將這些頻譜乘以隔離系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱乘法器，指定為頻率的函數(shù)，通常被稱為隔離器的傳遞率。它通常被繪制成桌面運(yùn)動(dòng)與地面運(yùn)動(dòng)的比率作為頻率的函數(shù)。通常用分貝(dB)來(lái)表示傳輸率:

在實(shí)踐中，對(duì)隔離系統(tǒng)傳遞函數(shù)的測(cè)量可能會(huì)被作用在有效載荷上的其他噪音源所干擾(如聲學(xué)噪音)。這是許多測(cè)量傳遞函數(shù)有噪音的主要原因。為了提高傳遞率測(cè)量的質(zhì)量，可以使用“振動(dòng)臺(tái)”。然而，這是危險(xiǎn)的，因?yàn)樗赡軙?huì)在低振動(dòng)水平上影響系統(tǒng)的性能。氣動(dòng)隔離器的傳遞函數(shù)將在2.0節(jié)中討論。

*參見(jiàn)Cyril M. Harris, Ed，沖擊和振動(dòng)手冊(cè)，Third Ed（McGraw-Hill公司，1987）

**其他正常化經(jīng)常適用，如修正“數(shù)據(jù)窗口”，這超出了本文的范圍。參見(jiàn)“信號(hào)分析的基本原理”，應(yīng)用說(shuō)明編號(hào)243?；萜展尽?/p>

***經(jīng)Colin Gordon協(xié)會(huì)許可轉(zhuǎn)載。VCA-VCE指振動(dòng)敏感工具和儀器的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。顯示的電平是1/3倍頻帶ZX頻率測(cè)量的均方根值。

關(guān)于TMC

      TMC為納米技術(shù)設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)的建筑地面隔振系統(tǒng)。TMC隔離器支持超精密測(cè)量、儀器和制造。我們繼續(xù)領(lǐng)先于行業(yè)先進(jìn)的主動(dòng)、慣性振動(dòng)消除系統(tǒng)，具有壓電驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字控制器。我們的無(wú)源產(chǎn)品范圍從簡(jiǎn)單的、桌面隔離顯微鏡底座，到幾乎任何尺寸的光學(xué)表系統(tǒng)。
      TMC產(chǎn)品讓光子學(xué)、半導(dǎo)體制造、生命科學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)和納米技術(shù)等領(lǐng)域的超精密研究、測(cè)量和制造成為可能。

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