專利名稱：一種微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于振動測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法。
背景技術(shù)：
微機電器件的檢測是微機電器件生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，對微機電器件可動結(jié)構(gòu)的振 動測量又是其中的重要組成。對于微機電結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)振動，目前的測量方法仍十分有限，有外差干涉法、頻閃圖像法、差分多普勒法等。外差干涉法是使微機電結(jié)構(gòu)反射光束與參考光束發(fā)生干涉，測量干涉條紋的變化來測量微機電結(jié)構(gòu)的振動的；差分多普勒法是將兩束不同入射角的光照射到微機電器件的振動結(jié)構(gòu)上，測出兩束反射光的多普勒效應(yīng)，差分后測量出振動參數(shù)。上述兩種方法都是使用光束聚集形成的微米尺寸的光學探針，因此其光學結(jié)構(gòu)復雜較為復雜，進而導致此測量方法在進行之前需要進行復雜的調(diào)節(jié)，無法用于大規(guī)律的生產(chǎn)線測試。頻閃圖像法是頻閃光源照射到被測結(jié)構(gòu)表面上，當頻閃光源的頻率與振動頻率一致時，通過圖像采集設(shè)備可以看到靜止的圖像，即可測出振動的頻率，再調(diào)頻閃的相位，就能測到振動的具體參數(shù)。本方法的缺點是需要精準的同步技術(shù)，設(shè)備成本較高。使用光學探針的測量方法基于其原理必須使用相對復雜的光學系統(tǒng)來實現(xiàn)光學聚焦，而頻閃法也是基于其原理必須使用較精準的同步技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法，其特征在于，首先建立光學測量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)是在光源的前面依次放置偏振片和分光棱鏡，分光棱鏡的上方固定傅里葉透鏡，傅里葉透鏡的右上方固定光電探測器；分光棱鏡放置在被測微機械器件平面的正上方，或左上方或右上方，由相干平行光的放置位置而定；并在被測微機械器件上面放置光闌，移動光闌可以調(diào)節(jié)被測微機械器件平面的大小和位置。其次使用建立光學測量裝置對微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動進行測量，具體測量過程是采用氣體激光器作為光源，通過偏振片得到相干平行光，相干平行光經(jīng)過分光棱鏡照射到被測微機械器件的平面上，微機械器件的平面上的反射光線被分光棱鏡透射，透射的反射光線經(jīng)過具有光學傅里葉特性的傅里葉透鏡后，透射的反射光線位于傅里葉透鏡焦點處的譜面上，在傅里葉透鏡焦點處的譜面上形成微機械器件平面的反射光線的光強分布空間頻譜，通過測量該空間頻譜中譜線光強度變化的頻率，而測出微機械器件的平面振動頻率，然后通過對譜線光強度的傅里葉變換計算，得到微機械器件的位置和振幅。所述對譜線光強度的傅里葉變換的計算方法如下梳齒的空間周期r = I/ (其中f為傅里葉透鏡的焦距，A是光波長，X是一級譜
X
線與二級譜線之間的距離)得到一級譜線光強為
權(quán)利要求
1.一種微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法，其特征在于，首先建立光學測量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)是在光源的前面依次放置偏振片和分光棱鏡，分光棱鏡的上方固定傅里葉透鏡，傅里葉透鏡的右上方固定光電探測器；分光棱鏡放置在被測微機械器件的平面的正上方，或左上方或右上方，由相干平行光的放置位置而定；并在被測微機械器件上面放置光闌，移動光闌可以調(diào)節(jié)被測微機械器件平面的大小和位置； 其次使用建立光學測量裝置對微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動進行測量，具體測量過程是采用中小功率的氣體激光器或中小功率的半導體激光器作為光源，通過偏振片得到相干平行光，相干平行光經(jīng)過分光棱鏡照射到被測微機械器件的平面上，微機械器件平面上的反射光線被分光棱鏡透射，透射的反射光線經(jīng)過具有光學傅里葉特性的傅里葉透鏡后，透射的反射光線位于傅里葉透鏡焦點處的譜面上，在傅里葉透鏡焦點處的譜面上形成微機械器件平面的反射光線的光強分布空間頻譜，通過測量該空間頻譜中譜線光強度變化的頻率，而測出微機械器件的平面振動頻率，然后通過對譜線光強度的傅里葉變換計算，得到微機械器件的位置和振幅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法，其特征在于，所述對譜線光強度的傅里葉變換的計算方法如下 梳齒的空間周期r = U (其中f為傅里葉透鏡的焦距，A是光波長，X是一級譜線與 X二級譜線之間的距離)得到一級譜線光強為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法，其特征在于，所述光源和偏振片放置在被測微機械器件的平面的左或右上方，并且產(chǎn)生的相干平行光與微機械器件的平面傾斜照射時，取消分光棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于振動測量技術(shù)領(lǐng)域的一種微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動的光學測量方法。首先建立光學測量裝置，使用建立光學測量裝置對微機械結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動進行測量，相干平行光經(jīng)過分光棱鏡照射到被測微機械器件的平面上，平面上的反射光線被分光棱鏡透射，透射到具有光學傅里葉特性的傅里葉透鏡焦點處的譜面上，形成微機械器件平面的反射光線的光強分布空間頻譜，通過測量該空間頻譜中譜線光強度變化的頻率，并對譜線光強度的傅里葉變換計算，得到微機械器件的位置和振幅。本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)簡單，無需進行對光束進行準確聚集，不需要精確的時間同步技術(shù)。能夠很好地適應(yīng)大規(guī)模流水線生產(chǎn)的產(chǎn)品測試要求，有廣闊的市場及應(yīng)用前景。
文檔編號G01H9/00GK102620809SQ20121008248
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者尤政, 曹良才, 高永豐 申請人:清華大學