[发明专利]一种基于光学干涉的振动位移测量装置

说明书

一种基于光学干涉的振动位移测量装置，包括梁的静电激励振动装置和信号探测装置，梁的静电激励振动装置由交流信号源、静电驱动极板、底板、悬臂梁、侧板、开关和导线组成；信号探测装置由相位敏感衍射装置和光电探测器组成；相位敏感衍射装置由支撑圆环块、衍射光栅、衍射光栅、衬底和薄膜组成；光电探测器位于相位敏感衍射装置的下方。悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；振动时会产生声波，声波激励薄膜振动，利用衍射光与反射光发生干涉效应，检测梁的振动。

技术领域

本发明专利是一种振动信号测量装置，特别是一种用于振动信号提取装置，属于振动信号检测领域。

背景技术

振动信号的提取广泛应用于机械振动研究、汽车系统、传感器等领域中。在振动信号的提取中，如何消除外部因素对信号的影响是决定信号精度的主要因素。对于一些振动信号的提取方法，在提取信号时受到一些外部因素如噪声或其它振动的影响等，使得振动信号的提取和检测存在较大的误差。如何降低外部因素的影响，成为制约振动信号提取精度提高的难题之一。光学探测是一种非接触测量方法，通过光电转换的测量方法可以获得很高的灵敏度。在振动信号检测方面，振动可以产生声波，光学干涉的振动位移测量装置可以检测到声波信号的变化，实现振动信号的测量。本发明可以广泛应用于机械振动、力学分析等领域的振动信号检测和提取工作。

发明内容

本发明针对振动信号难以提取的现状，提供一种振动信号提取的装置。

本发明专利解决其技术问题所采用的方案是：一种基于光学干涉的振动位移测量装置包括梁的静电激励振动装置、信号探测装置两部分。所述梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述梁的静电激励振动装置由交流信号源、静电驱动极板、底板、悬臂梁、侧板、开关和导线组成。所述静电驱动极板固定在底板上，位于悬臂梁正上方，长度略短于悬臂梁；所述悬臂梁固定在侧板上，左端固定右端自由，悬臂梁上表面镀一层金金属层，金金属层的左端通过导线连接交流信号源的左端，交流信号源的右端通过导线连接开关的左端，开关的右端通过导线连接静电驱动极板的右端。

所述信号探测装置由相位敏感衍射装置和光电探测器组成；相位敏感衍射装置由支撑圆环块、衍射光栅、衬底和薄膜组成。衬底在相位敏感衍射装置的下部，由透光材料石英制成，允许光透射；所述衍射光栅位于衬底上部的支撑圆环块之间；所述支撑圆环块固结在衬底上部；所述圆形薄膜置于支撑圆环块之上，与支撑圆环块固结，薄膜的直径与衬底直径相同。所述光电探测器位于相位敏感衍射装置的下方，用于探测各衍射级的光强。

悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；振动时会产生声波，声波则会激励位于悬臂梁下方的相位敏感衍射装置，相位敏感衍射装置的薄膜在声波的影响下产生振动效应，与衍射光栅之间的距离不断变化。当相干光源发出的光通过透光衬底照射到薄膜下面的衍射光栅上时，反射区除镜面反射之外还会产生分裂的奇数级衍射光，同时还有一部分入射光穿过衍射光栅被薄膜的背面所反射，这一过程导致衍射光与反射光发生干涉，从而使各级衍射光的强度发生改变。

输出光强与薄膜振动之间的关系可以表示为其中，k为振动衰减系数，R是光电探测器的响应灵敏度，I_in是入射光的强度，λ₀是入射光的波长，A为薄膜振动幅值，ω为悬臂梁振动频率，t为时间。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.静电驱动方法是一种无接触驱动方法，测量干扰因素少，测量灵敏度高。

附图说明

图1基于薄膜位移传感和光学作用的振动测量装置图；

图2相位敏感衍射装置结构图；

图中，1、悬臂梁 2、相位敏感衍射装置 3、光电探测器 4、声波 5、侧板 6、金金属层 7、静电驱动极板 8、交流信号源 9、开关 10、底板 11、支撑圆环块 12、衍射光栅 13、衍射光 14、入射光15、衍射级 16、衬底 17、薄膜