基于微納尺度材料光機電系統(tǒng)的超高靈敏度振動傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及了一種振動傳感器；更具體地說，涉及了一種基于微納尺度材料光機電系統(tǒng)的超高靈敏度振動傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，日常生活中振動無處不在，例如，風、潮汐、聲音、機械運動都會產(chǎn)生振動，振動不僅反映了物體所處的實際環(huán)境狀況，而且對機械、設(shè)備、生物體等的正常運轉(zhuǎn)、測量精度、使用壽命都具有重要的影響，因此精確測量振動的大小與方向是非常必要的。目前測量振動主要采用加速度傳感器，包括壓電式、壓阻式、電容式、伺服式等等，以壓電式為例，它主要是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應(yīng)，當壓電式加速度傳感器接收振動時，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化，當被測振動頻率遠低于壓電式加速度傳感器中的加速度計的固有頻率時，加速度計的變化與被測加速度成正比，從而能夠測量振動。目前的例如壓電式等加速度傳感器的靈敏度均較低，僅能夠測量10 3G量級的振動，無法滿足微小振動信號的測量，因而常常會出現(xiàn)漏測現(xiàn)象，無法滿足高精度振動信號測量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種振動傳感器，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺陷。其是一種基于微納尺度材料光機電系統(tǒng)的超高靈敏度振動傳感器，其能夠較為敏感地測量出亞微米級別幅度的振動，即能夠較佳地探測出大于等于10 8G量級(或10 9m/s2加速度)的振動，從而能夠較佳地滿足高靈敏度、高精度的振動信號測量需求。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一種振動傳感器，其包括:
[0005]光路系統(tǒng)，其用于產(chǎn)生檢測光束；
[0006]感振陣列，其包括基座和設(shè)置在基座上的用于感應(yīng)振動狀態(tài)的感振片，其中感振片構(gòu)造成用于接收檢測光束并形成反射光束；
[0007]采集單元，其用于采集反射光束的位置信息從而生成偏移信號；以及
[0008]處理單元，其用于接收偏移信號，從而根據(jù)反射光束的位置信息解析出所述振動狀態(tài)。
[0009]本發(fā)明中，感振陣列能夠用于感受振動，感振片在感受到振動時由于慣性作用能夠較好地偏離原有平衡位置形成微弱地彎曲變形，而該微弱地彎曲變形能夠較佳地經(jīng)過光路系統(tǒng)放大，從而能夠較好地被采集單元采集，并經(jīng)處理單元處理后形成可觀察的顯著信號。通過上述構(gòu)造，使得本發(fā)明的采集單元能夠?qū)?jīng)光路系統(tǒng)放大后的振動信息進行采集，從而能夠較為精確地檢測出微弱的振動信號。
[0010]作為優(yōu)選，感振片采用微納尺度材料構(gòu)成。
[0011]本發(fā)明中，感振片能夠采用例如微納尺度材料構(gòu)成，由于微納尺度材料具有慣性小、表面光滑、振動時彎曲形變大曲率半徑小的特點，從而能夠使得本發(fā)明中能夠較為靈敏地、精確地測量不低于10 8G量級(或109m/s2)的振動加速度，從而能夠較佳地測量出亞微米級別幅度的振動。另外，由于微納尺度材料的共振頻率遠高于外界振動信號的頻率，從而能夠較佳地保證本發(fā)明的工作穩(wěn)定性，使其能夠具備較佳地線性。
[0012]作為優(yōu)選，感振片能夠構(gòu)造成長度為微米或納米級別的棒狀或片狀。
[0013]本發(fā)明中，感振片能夠構(gòu)造成長度為微米或納米級別的棒狀或片狀，從而使得感振片能夠較佳地感受振動信息，并能夠較佳地將振動信息轉(zhuǎn)換成感振片自身的形變。
[0014]作為優(yōu)選，感振片的長度不低于20nm，感振片的長徑比或長寬比構(gòu)造成不低于
10:1ο
[0015]本發(fā)明中，感振片的長度優(yōu)選地不低于20nm，感振片的長徑比(棒狀)或長寬比(片狀)優(yōu)選地構(gòu)造成不低于10:1，這是因為，在經(jīng)實際操作和對感振片進行理論建模分析后得出，感振片的長度和長徑比(棒狀)或長寬比(片狀)構(gòu)造在上述范圍時，能夠較佳地感受振動，從而能夠更精確地對微弱振動進行檢測。
[0016]作為優(yōu)選，基座上構(gòu)造有凸臺，任意相鄰的凸臺間構(gòu)造成凹槽，感振片構(gòu)造成一端或兩端固定設(shè)置在凸臺上并部分懸空于凹槽上方。
[0017]本發(fā)明中，基座上能夠陣列有例如多個凸臺，而任意相鄰?fù)古_間能夠構(gòu)造成凹槽，而多個感振片能夠陣列地設(shè)置在凸臺上，從而使得上述多個感振片能夠共同檢測振動信息，從而能夠更為精確、靈敏地檢測出微弱振動信息，而且上述多個感振片間的相互配合還是使得，本發(fā)明能夠較佳地檢測出振動方向。另外，本發(fā)明中任一感振片與凸臺的配合方式能夠為一端或兩端固定設(shè)置在凸臺上并部分懸空于凹槽上方，從而使得上述多個感振片能夠相互配合對多個方向的振動信息均進行較佳地檢測。
[0018]作為優(yōu)選，光路系統(tǒng)包括光源和反射鏡，光源用于提供能量穩(wěn)定的點光源、線光源或面光源，反射鏡用于反射光源從而形成檢測光束。
[0019]本發(fā)明中，反射鏡能夠較佳地增加光程，從而能夠較佳地縮小本發(fā)明的空間尺寸，另外，還能夠通過改變反射鏡的位置來調(diào)整光電位移探測器的位置，從而使得本發(fā)明能夠便于調(diào)試。
[0020]作為優(yōu)選，光源和反射鏡間設(shè)有光柵。
[0021]本發(fā)明中，光源和反射鏡間還能夠設(shè)有光柵，光柵能夠屏蔽掉光源所發(fā)出的光束邊緣不規(guī)則或強度不穩(wěn)定的部分，從而能夠提高光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0022]作為優(yōu)選，光源和光柵間設(shè)有透鏡，透鏡構(gòu)造成能夠在光源和光柵間進行往復(fù)移動。
[0023]本發(fā)明中，光源和光柵間能夠設(shè)有透鏡，透鏡能夠用于調(diào)整光源發(fā)出的光束狀態(tài)的作用，通過調(diào)整透鏡位置能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的光束調(diào)整為平行、發(fā)散或聚焦狀態(tài)，從而使得本發(fā)明能夠提供不同地測量條件，使得本發(fā)明能夠較佳地不同種類的振動進行測量。
[0024]作為優(yōu)選，采集單元采用光電式位移傳感器。
[0025]本發(fā)明中，采集單元能夠包括光電式位移傳感器，而光電式位移傳感器能夠包括由例如紫外光、可見光或紅外光敏感元件制成的感光元件，從而使得本發(fā)明能夠根據(jù)不同的檢測環(huán)境，相對應(yīng)的選擇能夠較佳感受不同波段的光的光電式位移傳感器，進而使得本發(fā)明能夠根據(jù)實際檢測環(huán)境將外界光線的干擾降到最低，從而能夠較佳地提升本發(fā)明的測量精度。
[0026]本發(fā)明的一個較佳的實施例中，光路系統(tǒng)中還包括濾光鏡，濾光鏡能夠在采集單元僅對特定波長范圍的光線敏感是，濾去處于不需要的波長范圍的光線，從而能夠進一步地提升本發(fā)明的測量精度。
[0027]作為優(yōu)選，檢測光束能夠為波長是紫外波到紅外光波段中的單色光或復(fù)色光。
【附圖說明】
[0028]圖1為實施例1中的一種振動傳感器的光路系統(tǒng)、感振陣列與采集單元間的工作原理示意圖；
[0029]圖2為實施例1中的一種振動傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0030]為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。應(yīng)當理解的是，實施例僅僅是對本發(fā)明進行解釋而并非限定。
[0031]實施例1
[0032]本實施例中提供了一種振動傳感器，其是一種基于微納尺度材料光機電系統(tǒng)的超高靈敏度振動傳感器。
[0033]如圖1所示，圖2所示，揭示了本實施例中的一種振動傳感器的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其包括光路系統(tǒng)、感振陣列、采集單元140、處理單元和電源，其中電源用于為光路系統(tǒng)、采集單元140和處理單元進行供