[发明专利]一种基于微波干涉的微振动传感器和感测方法

说明书

本发明公开了一种基于微波干涉的微振动传感器和感测方法，所述微振动传感器包括微悬臂梁、敏感质量块、微波谐振腔和读出电路，其中所述微悬臂梁安装在所述微波谐振腔的上方，所述敏感质量块固定连接在所述微悬臂梁顶部，所述微悬臂梁和敏感质量块感测所述被测物体的微振动并根据所述微振动发生微位移；所述微波谐振腔发射第一微波信号，并接收所述微悬臂梁和敏感质量块的微位移所反射的第二微波信号；所述读出电路提取所述第二微波信号并进行数据处理，根据所述微位移与所述被测物体的微振动加速度的比例关系进行计算并实现对所述被测物体的微振动加速度的测量。本发明公开的实施例能够有效提高微振动的测量灵敏度和准确度。

技术领域

本发明涉及微振动传感器的技术领域，特别是涉及一种基于微波干涉的微振动传感器和感测方法。

背景技术

近年来，新一代高精度航天飞行器在轨运行过程中，由于大气阻力、姿轨控推力等各因素引起航天器本体产生一种幅度较小，频带较宽的颤振相应，称之为在轨航天器的微振动环境，这将对精密有效载荷的工作和科学实验产生一定的影响和干扰，只有实现对微振动环境的准确测量，才能有效评价这些影响，进而采取有效措施进行抑制。这类微振动测量对传感器的灵敏度和准确度要求较高，现有的振动传感器方式常采用压阻式、电容式等制备，加速度的灵敏度受到电压、电流测量灵敏度的限制，已达到瓶颈，存在的低频段测量精度不高，灵敏度低，频响范围窄等问题。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种基于微波干涉的微振动传感器，包括微悬臂梁、敏感质量块、微波谐振腔和读出电路，其中

所述微悬臂梁安装在所述微波谐振腔的上方，所述敏感质量块固定连接在所述微悬臂梁顶部，所述微悬臂梁和敏感质量块感测所述被测物体的微振动并根据所述微振动发生微位移；

所述微波谐振腔发射第一微波信号，并接收所述微悬臂梁和敏感质量块的微位移所反射的第二微波信号；

所述读出电路提取所述第二微波信号并进行数据处理，根据所述微位移与所述被测物体的微振动加速度的比例关系进行计算并实现对所述被测物体的微振动加速度的测量。

进一步的，所述微悬臂梁为薄膜悬臂梁。

进一步的，所述微悬臂梁的材料为Si₃N₄。

进一步的，所述微悬臂梁包括多层石墨烯。

进一步的，所述微波谐振腔采用同轴开放式结构，包括中心导体，所述中心导体与所述微悬臂梁之间存在间隙，所述中心导体用于感测所述间隙变化产生的电场变化。

进一步的，所述中心导体使用绝缘介质填充。

进一步的，所述第一微波信号为固定频率的微波信号或规律变化的微波信号。

进一步的，所述读出电路为零差干涉仪结构。

本发明第二方面提供一种第一方面所述的微振动传感器的感测方法，包括：

微波谐振腔发射第一微波信号至所述微悬臂梁；

被测物体发生微振动，敏感质量块和微悬臂梁感测所述微振动，并根据所述微振动发生微位移，所述微位移改变所述微波谐振腔的中心导体与所述微悬臂梁之间的间隙的长度；

所述微波谐振腔接收所述微悬臂梁反射的第二微波信号；

读出电路提取所述第二微波信号进行信号处理，并根据所述微位移与所述被测物体的微振动的比例关系测量所述被测物体的微振动加速度。

进一步的，所述微位移改变所述微波谐振腔的中心导体与所述微悬臂梁之间的间隙的长度中进一步包括：

所述微位移改变所述间隙长度以改变所述微波谐振腔的谐振频率和品质因数。