基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及音叉式石英晶振諧振頻率的測量技術(shù)，具體是一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法及裝置。解決了目前測量音叉式石英晶振的固有頻率時易受外界電磁環(huán)境影響使結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問題。一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法，包括以下步驟：（a）對待測音叉式石英晶振采用激光光束進(jìn)行激勵；（b）在對激光光束強(qiáng)度調(diào)制的頻率進(jìn)行掃描的同時引入一束探測光；（c）采集固定在空間位置上的一個接收面接收到的反射光強(qiáng)度變化信息，并將其強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號；（d）對反射光的電信號進(jìn)行解調(diào)，根據(jù)頻率響應(yīng)曲線得到待測音叉式石英晶振的固有頻率。本申請有效避免了環(huán)境噪聲的干擾而且解決了狹小空間的探測難題。
【專利說明】基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及音叉式石英晶振諧振頻率的測量技術(shù)，具體是一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]音叉式石英晶振是用具有壓電效應(yīng)的石英材料做成的石英晶體諧振器，如圖1所示，其外觀呈“Y”形。這種石英音叉自面世以來便由于其諧振頻率穩(wěn)定、體積小巧、品質(zhì)因數(shù)高、價格低廉、使用壽命長等諸多優(yōu)點被廣泛使用。尤其是近年來發(fā)展迅速的石英音叉增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)、掃描探針顯微鏡技術(shù)以及微量化學(xué)分析技術(shù)更是將音叉式石英晶振的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬至了氣體檢測、微觀成像、物質(zhì)分析等高精尖領(lǐng)域。音叉式石英晶振在這些應(yīng)用領(lǐng)域的高效率工作均依賴于其諧振頻率的精確測定。然而，由于材料特性、加工工藝、使用環(huán)境等因素的影響往往會造成其實際固有頻率與標(biāo)定的諧振頻率間存在一定的誤差，因此，對石英音叉實際諧振頻率的快速精確測定意義重大。
[0003]傳統(tǒng)石英晶振諧振頻率的測量方法是以電激勵的方式使音叉起振而后通過探測石英晶體壓電效應(yīng)產(chǎn)生的微弱電信號最終完成測量。測量時石英晶振的兩個電極分別被用作激勵端和測量端，在掃描激勵端所加正弦波頻率的同時，對由壓電效應(yīng)產(chǎn)生的激發(fā)電流從測量端進(jìn)行了測量并通過尋找激發(fā)電流最大值對應(yīng)的掃描頻率最終確定音叉的共振頻率。這種探測方法雖然可以滿足眾多音叉應(yīng)用領(lǐng)域的頻率檢測需求但仍存在一定的應(yīng)用限制。首先，傳統(tǒng)頻率檢測方法中由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電信號非常微弱而在其測量端配置了前置放大電路，這樣的操作雖然解決了探測的需求但電子器材的引入造成其極易受到外界強(qiáng)電磁場的干擾，從而使這種方法在惡劣電磁場環(huán)境中無法被使用。另外，傳統(tǒng)測量方法需將石英音叉連接在配套的測量電路中進(jìn)行檢測，因此要求音叉要便于拆卸組裝，這在很大程度上限制了傳統(tǒng)方法在當(dāng)今高度集成化的電子產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決目前測量音叉式石英晶振的固有頻率時易受外界惡劣電磁環(huán)境影響導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，提供一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法及裝置。
[0005]本發(fā)明所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法，包括以下步驟:(a)對待測音叉式石英晶振采用激光光束進(jìn)行激勵，對激光光束的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，使激光光束的強(qiáng)度調(diào)制頻率在音叉式石英晶振的固有頻率附近進(jìn)行掃描；(b)在對激光光束強(qiáng)度調(diào)制的頻率進(jìn)行掃描的同時引入一束探測光入射至音叉式石英晶振的任意一個振臂的外側(cè)面上，探測光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與探測光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面；探測光與振臂外側(cè)面所成角度為10° 10° ; (C)采集固定在空間位置上的一個接收面接收到的反射光因反射方向變化引起的強(qiáng)度變化信息，并將其強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號變化幅度最大時表示此時音叉式石英晶振與激光發(fā)生共振；(d)對反射光的電信號進(jìn)行解調(diào)，得到反射光強(qiáng)度變化量隨掃描頻率變化的頻率響應(yīng)曲線，根據(jù)頻率響應(yīng)曲線就可以得到待測音叉式石英晶振的固有頻率。
[0006]區(qū)別于傳統(tǒng)的頻率檢測技術(shù)，本申請設(shè)計了一種基于光學(xué)激勵音叉振蕩的非接觸式石英晶振諧振頻率快速測量方法。其原理是當(dāng)外部激勵信號頻率(激勵光的頻率)與石英晶振的固有頻率相同時，音叉式石英晶振可與激勵信號形成共振從而引起音叉振臂的強(qiáng)烈振動。基于這一事實，可通過使用強(qiáng)度可被調(diào)制的光源產(chǎn)生強(qiáng)度按一定頻率改變的激勵光與音叉式石英晶振作用并依靠共振效應(yīng)使音叉兩振臂起振，而后將一束未加調(diào)制的平行光(探測光)打在音叉式石英晶振任一振臂上，把振動信號轉(zhuǎn)化為光的強(qiáng)度變化信號，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的解調(diào)方法得到反射光的強(qiáng)度變化幅度隨激勵光的掃描頻率變化的頻率響應(yīng)曲線，頻率響應(yīng)曲線中光信號強(qiáng)度變化幅度最大時即代表此時音叉式石英晶振的頻率就是它的固有頻率。探測光與振臂外側(cè)面之間的角度以及位置關(guān)系能夠保證反射光的強(qiáng)度變化幅度與振臂的振動幅度之間呈嚴(yán)格的線性關(guān)系，這樣才能夠保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本方法優(yōu)點是整個過程中不再依賴石英晶體的壓電效應(yīng)以及放置非常近的前置放大器，用于接收發(fā)射光的裝置能夠被放置的很遠(yuǎn)，從而很好的解決了前面提到的測量音叉頻率時易受外界電磁環(huán)境干擾技術(shù)問題，滿足了各音叉應(yīng)用領(lǐng)域的頻率檢測需求。
[0007]本發(fā)明所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，包括光激勵裝置以及光探測裝置；所述光激勵裝置包括一個函數(shù)發(fā)生器以及與函數(shù)發(fā)生器信號輸出端相連接的強(qiáng)度可調(diào)激光器，強(qiáng)度可調(diào)激光器出射的激光通過一個第一匯聚透鏡匯聚后入射至待測音叉式石英晶振的任一振臂的外側(cè)面上；函數(shù)發(fā)生器的同步信號輸出端連接有一個鎖相放大器，鎖相放大器與一個內(nèi)設(shè)Labview軟件的計算機(jī)通過串口數(shù)據(jù)線連接，計算機(jī)與函數(shù)發(fā)生器通過串口數(shù)據(jù)線相連并實現(xiàn)了計算機(jī)對函數(shù)發(fā)生器的控制；所述光探測裝置包括用于向待測音叉 式石英晶振任意一個振臂外側(cè)面發(fā)射探測光的光發(fā)射裝置以及固定在空間位置上的用于接收經(jīng)振臂反射的反射光的第二匯聚透鏡和位于第二匯聚透鏡出射光路上的光電轉(zhuǎn)換裝置；光電轉(zhuǎn)換裝置的信號輸出端與鎖相放大器的信號輸入端相連接；所述光發(fā)射裝置發(fā)射的探測光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與探測光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面；探測光與振臂外側(cè)面所成角度為10。~80。。
[0008]本發(fā)明的工作原理是:由于激光光束具有一定的能量，因而強(qiáng)度被調(diào)制的激光光束在與音叉相互作用時會對音叉產(chǎn)生間歇性的加熱作用，由于石英材料具有一定的熱膨脹性，因此音叉局部交替性受熱冷卻過程將造成振臂整體以相同頻率發(fā)生微小的振動，當(dāng)激光對音叉加熱的頻率與其諧振頻率一致時這種振動將由于共振效應(yīng)而被加強(qiáng)。具體而言，使用該方法對石英音叉頻率進(jìn)行檢測時，一臺函數(shù)發(fā)生器輸出帶有正弦調(diào)制信號的電壓以驅(qū)動強(qiáng)度可調(diào)激光器工作，該激光器發(fā)出的激勵光源匯聚后照射在音叉式石英晶振的任一振臂上，通過計算機(jī)控制函數(shù)發(fā)生器使其輸出信號中起調(diào)制作用的正弦信號頻率在音叉諧振頻率附近以一定的步進(jìn)被掃描，從而在強(qiáng)度調(diào)制頻率達(dá)到音叉諧振頻率時引發(fā)音叉的共振。在激勵光源工作的同時，光發(fā)射裝置輸出一束探測光，該束光無須進(jìn)行調(diào)制等任何處理。測量頻率時，該束探測光以一定角度(10° ^80° )照射在發(fā)生共振的音叉式石英晶振的任一振臂上并被以一定的角度反射，該反射光光路上放置有光電轉(zhuǎn)換裝置以對其強(qiáng)度進(jìn)行探測。由于只有在激勵光頻率與音叉諧振頻率相同時音叉振臂才會由于共振效應(yīng)產(chǎn)生明顯的形變，因此相對于以一定角度照射在其振臂上的平行光束而言，入射角會隨掃描過程不斷發(fā)生微小改變并在音叉共振頻率處達(dá)到極值，由幾何光學(xué)基本原理可知其反射光會以入射光變化角度2倍的角度改變傳播方向，在傳播一段距離后該角度的改變會以光電轉(zhuǎn)換裝置上光斑位置的改變反映出來，由于光電轉(zhuǎn)換裝置的感光面積很小(實驗所用光電轉(zhuǎn)換裝置感光面積為0.2mm2),因此當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置被放置在一定距離外時光斑位置的改變會以強(qiáng)度的改變反映出來。光電轉(zhuǎn)換裝置將探測到的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換為電信號后會將該信號傳輸至與之相連的鎖相放大器中，鎖相放大器同時接收函數(shù)發(fā)生器送來的同步信號對光電轉(zhuǎn)換裝置接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)出的包含有音叉振動強(qiáng)度信息的電信號被實時傳輸至與之相連的計算機(jī)，計算機(jī)在Labview軟件的支持下將接收到的信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線并實時顯示出來，音叉式石英晶振的諧振頻率既可從圖像中直接讀出(曲線峰值對應(yīng)的頻率即為其響應(yīng)頻率)也可以數(shù)字的形式直接顯示。
[0009]本發(fā)明所述的測量裝置從信號采集到分析計算并得出結(jié)果均由計算機(jī)來控制完成，每次測量僅需約3分鐘，真正實現(xiàn)了音叉式石英晶振諧振頻率的快速、精確測量；測量過程中與待測音叉式石英晶振沒有電路連接，避免了待測音叉與測量裝置之間的連接與拆卸。
[0010]進(jìn)一步的，所述激勵光與探測光入射至音叉式石英晶振的同一振臂上；所述激勵光的波長與光電轉(zhuǎn)換裝置的探測范圍不重合，激勵光作用位置為距離振臂頂端2.5mnT3.0mm0
[0011]為提高光激勵法測量石英音叉諧振頻率的精度，對激勵光與音叉的作用位置進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)激勵光與探測光作用在音叉的同一振臂上且激勵光作用位置為距離振臂頂端2.5mm-3.0mm時探測精度最高；激勵光的波長與光電轉(zhuǎn)換裝置的探測范圍不重合可以避免激勵光被光電轉(zhuǎn)換裝置接受進(jìn)而影響測量結(jié)果。
[0012]本申請的有益效果是:(一)與傳統(tǒng)電解調(diào)方式相比，本專利所述方法對電磁干擾具有極強(qiáng)的免疫力，為強(qiáng)電磁場環(huán)境中的音叉頻率測定提供了一種新的測量方式。(二)光激勵法對所涉及的激勵光源與探測光源均無諸如波長、功率等硬性要求(可選用范圍很廣)，因此本專利所述方法所需裝置簡單、成本較低。(三)本專利所述方法的探測對象為光信號，因此較傳統(tǒng)音叉測頻技術(shù)具有了遠(yuǎn)距離探測的優(yōu)勢，不僅無需考慮遠(yuǎn)距離傳輸過程中環(huán)境噪聲的干擾而且解決了狹小空間的探測的難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1音叉式石英晶振的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3本發(fā)明所述方法與傳統(tǒng)方法得到的頻率響應(yīng)曲線的對比圖。
[0016]1-第一匯聚透鏡，2-強(qiáng)度可調(diào)激光器，3-函數(shù)發(fā)生器，4-音叉式石英晶振，5-光源驅(qū)動器，6-探測光源，7-準(zhǔn)直器，8-第二匯聚透鏡，9-光電轉(zhuǎn)換裝置，10-鎖相放大器，Il-計算機(jī)?！揪唧w實施方式】
[0017]一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法，包括以下步驟:(a)對待測音叉式石英晶振采用激光光束進(jìn)行激勵，對激光光束的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，使激光光束的強(qiáng)度調(diào)制頻率在音叉式石英晶振的固有頻率附近進(jìn)行掃描；(b)在對激光光束強(qiáng)度調(diào)制的頻率進(jìn)行掃描的同時引入一束探測光入射至音叉式石英晶振的任意一個振臂的外側(cè)面上，探測光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與探測光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面；探測光與振臂外側(cè)面所成角度為10° 10° (可選擇10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80° ); (c)采集固定在空間位置上的一個接收面接收到的反射光因反射方向變化引起的強(qiáng)度變化信息，并將其強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號變化幅度最大時表示此時音叉式石英晶振與激光發(fā)生共振；(d)對反射光的電信號進(jìn)行解調(diào)，得到反射光強(qiáng)度變化量隨掃描頻率變化的頻率響應(yīng)曲線，根據(jù)頻率響應(yīng)曲線就可以得到待測音叉式石英晶振的固有頻率。
[0018]一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，包括光激勵裝置以及光探測裝置；所述光激勵裝置包括一個函數(shù)發(fā)生器3以及與函數(shù)發(fā)生器3信號輸出端相連接的強(qiáng)度可調(diào)激光器的配套驅(qū)動電路(強(qiáng)度可調(diào)激光器2與其驅(qū)動電路已裝配為一體)，強(qiáng)度可調(diào)激光器2出射的激光通過一個第一匯聚透鏡I匯聚后入射至待測音叉式石英晶振4的任一振臂的外側(cè)面上進(jìn)行激勵；函數(shù)發(fā)生器3的同步信號輸出端連接有一個鎖相放大器10,鎖相放大器10的信號輸出端連接有一個內(nèi)設(shè)Labview軟件的計算機(jī)11,計算機(jī)11的信號輸出端通過串口數(shù)據(jù)線與函數(shù)發(fā)生器3相連接；所述光探測裝置包括用于向待測音叉式石英晶振4任意一個振臂外側(cè)面發(fā)射探測光的光發(fā)射裝置以及固定在空間位置上的用于接收經(jīng)振臂反射的反射光的第二匯聚透鏡8和位于第二匯聚透鏡8出射光路上的光電轉(zhuǎn)換裝置9 ;光電轉(zhuǎn)換裝置9的信號輸出端與鎖相放大器10的信號輸入端相連接；所述光發(fā)射裝置發(fā)射的探測光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與探測光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振4的振臂外側(cè)面；探測光與振臂外側(cè)面所成角度為10° 10°
(可選擇 10。、20。、30。、40。、50。、60。、70。、80。)。
[0019]所述激勵光與探測光入射至音叉式石英晶振的同一振臂上；所述激勵光的波長與光電轉(zhuǎn)換裝置9的探測范圍不重合，激勵光作用位置為距離振臂頂端2.5mnT3.0mm(可選擇
2.5 mm>2.6 mm>2.7 mm>2.8 mm>2.9 mm>3.0 mm)。
[0020]所述強(qiáng)度可調(diào)激光器2采用LED激光器；強(qiáng)度可調(diào)激光器2的功率大于50mW，在溫度較高的測量環(huán)境中，以保證激勵光對音叉間歇性加熱引起的振動足以抵消環(huán)境溫度波動、氣體流動等因素引起的音叉振臂的微弱振動。
[0021]光電轉(zhuǎn)換裝置9采用光電探測器或位置探測器。
[0022]所述光發(fā)射裝置包括探測光6以及驅(qū)動探測光源6的光源驅(qū)動器5 ;探測光源6的出射光路上設(shè)有一個準(zhǔn)直器7 ;經(jīng)準(zhǔn)直器7準(zhǔn)直后的探測光與音叉式石英晶振4振臂作用位置在距振臂上端0.3mm-l.5mm之間。探測光入射至這一位置的測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0023]所述探測光源6采用激光器或激光筆。
[0024]下面結(jié)合附圖介紹具體的儀器工作實例:
如圖1左側(cè)所示，商業(yè)上通用的音叉式石英晶振外部一般包裹有金屬制成的外殼，用來防止音叉振臂被破壞。但在當(dāng)今其被廣泛使用的氣體檢測、微觀成像、物質(zhì)分析等多個領(lǐng)域，均需要提前將該金屬屏障去除以保證音叉可以高性能、高性能的工作。圖1右側(cè)為去除金屬保護(hù)殼后的外觀圖。
[0025]圖2為光激勵測頻方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖中所示，強(qiáng)度可調(diào)激光器2在函數(shù)發(fā)生器3輸出的帶有調(diào)制信號的電壓信號驅(qū)動下輸出激發(fā)光，該激發(fā)光被焦距約為3cm的第一匯聚透鏡I匯聚為直徑約0.5mm的光斑后作用在位于透鏡焦點處的音叉振臂上(光斑位置為距音叉振臂頂端2.5-3.5_之間)。通過控制函數(shù)發(fā)生器3使強(qiáng)度調(diào)制信號頻率在石英音叉諧振頻率附近以一定步進(jìn)被掃描并在二者完全相同時基于共振效應(yīng)使音叉型石英晶振4的振臂產(chǎn)生強(qiáng)烈的對稱性振動。與此同時，探測光源6 (中心波長為1368.7nm的可調(diào)諧二極管激光器)在光源驅(qū)動器5 (擁有穩(wěn)流和控溫功能的普通光源驅(qū)動器)的驅(qū)動下發(fā)出一定波長的激光(該探測光的波長理論上可為任意值)，該束激光由準(zhǔn)直器7準(zhǔn)直為直徑約0.22_的平行光束后以一定的角度照射在石英音叉4的任一振臂上，該入射平行激光被反射后經(jīng)過焦距為40mm的第二匯聚透鏡8匯聚后被光電探測器9探測接收并將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電信號實時傳輸至與之相連的鎖相放大器10，該鎖相放大器同時接收函數(shù)發(fā)生器3送來的同步信號對光電探測器9信號進(jìn)行解調(diào)并將結(jié)果傳輸至與之直接相連的計算機(jī)11，計算機(jī)會運(yùn)算相關(guān)軟件獲得被測音叉式石英晶振諧振頻率的精確值。
[0026]圖3為分別采用傳統(tǒng)電激勵法與光激勵法獲得的頻譜曲線。其中兩條較強(qiáng)譜線為常溫(21°C)下利用光激勵法，在函數(shù)發(fā)生器3輸出電壓峰峰值為600mV，偏置為400mV，調(diào)制頻率以0.2Hz的步進(jìn)在32740Hz-32780Hz范圍內(nèi)勻速改變(每次改變的延遲時間均為200ms)的情況下，由鎖相放大器10解調(diào)光電探測器9探測到的光功率為21mW且攜帶有音叉振臂振動信息的探測光(由探測光源6發(fā)出并由音叉振臂反射)強(qiáng)度信號后獲得相應(yīng)的頻率特性譜線。由圖可明顯看出，當(dāng)探測光與激勵光作用在石英音叉同一振臂上時獲得的譜線要優(yōu)于分別作用在不同振臂上時的頻率特性曲線。圖中較弱的一條頻率特性譜線為利用傳統(tǒng)電激勵方法獲得的同一石英音叉的頻率特性曲線。
[0027]光電探測器為TH0RLABS公司生產(chǎn)的型號為PDA10CF的光電探測器；位置探測器有較多型號如德國的Codixx公司或美國的Iabshpere公司都有相關(guān)產(chǎn)品出售，使用時需要依據(jù)探測光的波長確定具體的產(chǎn)品型號。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)對待測音叉式石英晶振采用激光光束進(jìn)行激勵，對激光光束的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，使激光光束的強(qiáng)度調(diào)制頻率在音叉式石英晶振的固有頻率附近進(jìn)行掃描；(b)在對激光光束強(qiáng)度調(diào)制的頻率進(jìn)行掃描的同時引入一束探測光入射至音叉式石英晶振的任意一個振臂的外側(cè)面上，探測光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與探測光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面；探測光與振臂外側(cè)面所成角度為10° 10° ;(c)采集固定在空間位置上的一個接收面接收到的反射光因反射方向變化引起的強(qiáng)度變化信息，并將其強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號變化幅度最大時表示此時音叉式石英晶振與激光發(fā)生共振；(d)對反射光的電信號進(jìn)行解調(diào)，得到反射光強(qiáng)度變化量隨掃描頻率變化的頻率響應(yīng)曲線，根據(jù)頻率響應(yīng)曲線就可以得到待測音叉式石英晶振的固有頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法；其特征在于，包括光激勵裝置以及光探測裝置；所述光激勵裝置包括一個函數(shù)發(fā)生器(3)以及與函數(shù)發(fā)生器(3)信號輸出端相連接的強(qiáng)度可調(diào)激光器(2)，強(qiáng)度可調(diào)激光器(2)出射的激光通過一個第一匯聚透鏡(I)匯聚后入射至待測音叉式石英晶振(4)的任一振臂的外側(cè)面上進(jìn)行激勵；函數(shù)發(fā)生器(3)的同步信號輸出端連接有一個鎖相放大器(10)，鎖相放大器(10)與一個內(nèi)設(shè)Labview軟件的計算機(jī)(11)通過串口數(shù)據(jù)線連接，計算機(jī)(11)與函數(shù)發(fā)生器(3)通過串口數(shù)據(jù)線相連并實現(xiàn)計算機(jī)(11)對函數(shù)發(fā)生器(3)的控制；所述光探測裝置包括用于向待測音叉式石英晶振(4)任意一個振臂外側(cè)面發(fā)射探測光的光發(fā)射裝置以及固定在空間位置上的用于接收經(jīng)振臂反射的反射光的第二匯聚透鏡(8)和位于第二匯聚透鏡(8)出射光路上的光電轉(zhuǎn)換裝置(9);光電轉(zhuǎn)換裝置(9)的信號輸出端與鎖相放大器(10)的信號輸入端相連接；所述光發(fā)射裝置發(fā)射的探測光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與探測光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振(4)的振臂外側(cè)面；探測光與振臂外側(cè)面所成角度為10° 10°。
3.如權(quán)利要求2所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，所述激勵光與探測光入射至音叉式石英晶振(4)的同一振臂上；所述激勵光的波長與光電轉(zhuǎn)換裝置(9)的探測范圍不重合，激勵光作用位置為距離振臂頂端2.5mnT3.0_。
4.如權(quán)利要求2或3所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，所述強(qiáng)度可調(diào)激光器(2)采用LED激光器，且其功率大于50mW。
5.如權(quán)利要求2或3所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，光電轉(zhuǎn)換裝置(9)采用光電探測器或位置探測器。
6.如權(quán)利要求4所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，光電轉(zhuǎn)換裝置(9 )采用光電探測器或位置探測器。
7.如權(quán)利要求2或3所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，所述光發(fā)射裝置包括探測光源(6)以及驅(qū)動探測光源(6)的光源驅(qū)動器(5);探測光源(6)的出射光路上設(shè)有一個準(zhǔn)直器(7);經(jīng)準(zhǔn)直器(7)準(zhǔn)直后的探測光與音叉式石英晶振(4)振臂作用位置在距振臂上端0.3mm-l.5mm之間。
8.如權(quán)利要求4所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，所述光發(fā)射裝置包括探測光 源(6)以及驅(qū)動探測光源(6)的光源驅(qū)動器(5);探測光源(6)的出射光路上設(shè)有一個準(zhǔn)直器(7);經(jīng)準(zhǔn)直器(7)準(zhǔn)直后的探測光與音叉式石英晶振(4)振臂作用位置在距振臂上端0.3mm-l.5mm之間。
9.如權(quán)利要求7所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，所述探測光源(6)采用激光器或激光筆。
10.如權(quán)利要求8所述的基于光激勵的音叉式石英晶振諧振頻率的測量裝置，其特征在于，所述探測光源(6)采用激光器 或激光筆。
【文檔編號】G01H9/00GK103884419SQ201410153732
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】董磊, 武紅鵬 申請人:山西大學(xué)