[发明专利]一种光干涉型集成微位移传感结构及其检测方法

权利要求书

1.一种光干涉型集成微位移传感结构，其特征在于，所述光干涉型集成微位移传感结构由上至下依次包括：被测层、集成光栅层和光电检测层；

所述集成光栅层，与所述被测层构成FP干涉腔；

所述被测层包括敏感结构和反光膜，所述反光膜贴附于所述敏感结构的下表面；所述反光膜为所述FP干涉腔的一个反射平面；所述敏感结构用于将外部待测量转化为垂直方向的待测微位移；

所述集成光栅层包括第二支撑构件、可驱动光栅和集成应变传感单元；所述可驱动光栅连接在所述第二支撑构件上；所述集成应变传感单元设置在所述可驱动光栅上；

所述可驱动光栅包括光栅、连接梁和驱动臂；所述光栅设置在所述反光膜的正下方且所述光栅与所述反光膜平行；所述光栅为所述FP干涉腔的另一个反射平面；所述光栅通过所述连接梁固定在所述驱动臂的一端上；所述驱动臂的另一端固定在所述第二支撑构件内表面上边缘；所述驱动臂受控产生弯曲形变使得所述光栅产生垂直位移，以使所述FP干涉腔的腔长发生可控改变，用于光干涉信号解调；

所述集成应变传感单元，设置在所述驱动臂上，用于检测所述光栅产生的所述垂直位移；

所述光电检测层包括光源和光探测器；所述光源射出的光线经过所述光栅透出后入射到所述反光膜；所述光探测器用于接收输出干涉光信号并根据所述输出干涉光信号的光强输出电流信号；所述输出干涉光信号为所述反光膜反射的光信号从所述光栅透出后与光源发射的直接被所述光栅反射的光信号发生干涉得到的干涉光信号；

所述光电检测层还包括基板；所述光源和所述光探测器固定在所述基板上。

2.根据权利要求1所述的光干涉型集成微位移传感结构，其特征在于，所述被测层还包括第一支撑构件，所述第一支撑构件用于支撑所述敏感结构。

3.根据权利要求2所述的光干涉型集成微位移传感结构，其特征在于，所述敏感结构、所述第一支撑构件与所述可驱动光栅构成FP干涉腔体。

4.根据权利要求1所述的光干涉型集成微位移传感结构，其特征在于，所述可驱动光栅、所述第二支撑构件与所述基板构成腔体。

5.一种光干涉型集成微位移传感结构的检测方法，基于权利要求1-4任意一项所述的光干涉型集成微位移传感结构，其特征在于，所述光干涉型集成微位移传感结构的检测方法包括：

步骤1：根据设定附加相位调制信号计算所述可驱动光栅的驱动信号；

步骤2：将所述驱动信号输入所述驱动臂使所述光栅产生垂直位移；

步骤3：所述集成应变传感单元检测所述垂直位移，得到垂直位移测量值；

步骤4：根据所述垂直位移测量值计算实际附加相位调制信号并对所述设定附加相位调制信号进行校正；

步骤5：对所述光探测器检测得到的输出干涉光光强信号进行解调得到待测微位移量。

6.根据权利要求5所述的光干涉型集成微位移传感结构的检测方法，其特征在于，所述步骤1：根据设定附加相位调制信号计算所述可驱动光栅的驱动信号，具体包括：

采用光干涉信号解调的相位生成载波解调方法，设定附加相位载波调制信号Ccos(ω₀t)，其中，C为设定附加相位载波调制深度，ω₀为载波角频率；

根据计算对应光栅垂直位移；其中，λ为激光光源波长，S_g(t)为垂直位移；

根据所述垂直位移，计算所述可驱动光栅中各驱动臂所需弯曲变形；

根据所述驱动臂的驱动原理及驱动特性，计算所述各驱动臂的电压或电流驱动信号。

7.根据权利要求6所述的光干涉型集成微位移传感结构的检测方法，其特征在于，所述相位生成载波解调方法，具体包括：

利用附加设定相位载波调制信号Ccos(ω₀t)的干涉光光强信号对干涉光信号进行解调，其中，C为设定附加相位载波调制深度，ω₀为载波角频率，I(t)为输出干涉光光强信号，A为直流量，B为干涉信号幅值，为初始腔长对应的初始干涉相位，为待测微位移对应的待测干涉相位。