[发明专利]一种基于光学干涉的振动位移测量装置

摘要

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。

主权项

1.一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；梁的静电激励振动装置由交流信号源(8)、静电驱动极板(7)、底板(10)、悬臂梁(1)、侧板(5)、开关(9)和导线组成；所述静电驱动极板(7)固定在底板(10)上，位于悬臂梁(1)正上方，长度略短于悬臂梁(1)；所述悬臂梁(1)固定在侧板(5)上，左端固定右端自由，悬臂梁(1)上表面镀一层金金属层(6)，金金属层(6)的左端通过导线连接交流信号源(8)的左端，交流信号源(8)的右端通过导线连接开关(9)的左端，开关(9)的右端通过导线连接静电驱动极板(7)的右端；所述信号探测装置由相位敏感衍射装置(2)和光电探测器(3)组成；相位敏感衍射装置(2)由支撑圆环块(11)、衍射光栅(12)、衬底(16)和薄膜(17)组成；衬底(16)在相位敏感衍射装置(2)的下部，由透光材料石英制成，允许光透射；所述衍射光栅(12)位于衬底(16)上部的支撑圆环块(11)之间；所述支撑圆环块(11)固结在衬底(16)上部，支撑圆环块(11)为绝缘材料；所述薄膜(17)置于支撑圆环块(11)之上，与支撑圆环块(11)固结，薄膜(17)的直径与衬底(16)直径相同；所述光电探测器(3)位于相位敏感衍射装置(2)的下方，用于探测各衍射级(15)的光强；悬臂梁(1)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(1)下方的相位敏感衍射装置(2)，相位敏感衍射装置(2)的薄膜(17)在声波的影响下产生振动效应，与衍射光栅(12)之间的距离不断变化；当相干光源发出的光通过透光的衬底(16)照射到薄膜(17)下面的衍射光栅(12)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(12)被薄膜(17)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(17)振动之间的关系表示为其中，k为光电转化系数，R是光电探测器(3)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(17)振动幅值，ω为悬臂梁(1)振动频率，t为时间。