基于分節(jié)psd的差動式振動加速度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于振動測量檢測技術領域，具體涉及一種基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)生產過程中，設備器件的老化，連接件的松動往往伴隨著異常振動的產生。測量和分析設備的振動現(xiàn)象，對抑制可能發(fā)生的隱患十分重要。
[0003]目前最常用的測振傳感器是基于壓電效應的壓電式振動傳感器，其敏感元件由壓電晶體制成。囿于晶體溫度特性造成的線膨脹和輸出位移減小，以及遲滯特性改變，壓電式傳感器在高精度測量領域的應用受到局限。
[0004]光電位置探測器PSD (Posit1n Sensitive Device)是對其光敏面上入射光斑重心位置敏感的光電器件。其中分節(jié)PSD由于各單元之間響應匹配，能實現(xiàn)優(yōu)于0.1um的位置分辨率，并且在基于時間和溫度條件下具有極強的穩(wěn)定性，配置電路簡單，已經(jīng)被廣泛應用在位置坐標的精確測量上。
[0005]基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器，實現(xiàn)了緊貼生產設備發(fā)熱外殼，精確測量設備振動加速度，具有靈敏度高，工作溫度范圍寬和配置電路簡單等優(yōu)點。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種分節(jié)PSD作為敏感元件，差動結構的振動加速度傳感器，固定在生產設備的外殼上，當設備工作產生大量熱量使外殼溫度大幅升高后也能實現(xiàn)對設備振動的精確測量。
[0007]本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn):基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器，由基座(I)，封裝外殼(2)，半導體激光器(3)，分光棱鏡(4)，夾具(5)，參考鏡(6)，彈性材料塊(7)，預壓彈簧(8)，螺釘(9)，分節(jié)PSDl (10)，分節(jié)PSD2 (11)，測量鏡(12)，質量塊
(13)，固定孔(14)組成，其特征在于:半導體激光器(3)固定在封裝外殼(2)左下角，分光棱鏡(4)通過夾具(5)置于封裝外殼(2)內左中部，分光棱鏡(4)的入射面與入射激光垂直，質量塊(13)通過上表面兩側的螺釘(9)、預壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，質量塊
(13)上表面正中間用UV膠固定測量鏡(12)，參考鏡(6)通過上表面兩側的螺釘(9)、預壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，并置于封裝外殼(2)頂部正對測量鏡(12)位置，經(jīng)分光棱鏡(4)產生的相互垂直的入射光分別入射到參考鏡(6)和測量鏡(12)，分節(jié)PSDl (10)和分節(jié)PSD2 (11)置于封裝外殼(2)內右面壁中上位置，無振動時參考鏡(6)反射光斑入射到分節(jié)PSD2 (11)中點，測量鏡(12 )反射光斑入射到PSD I (10 )中點，基座(I)通過固定孔
(14)安裝在設備外殼上。
[0008]所述的彈性材料塊(7)由Co基形變強化型高彈性合金制成，為Co40NiCrMo合金。
[0009]所述的預壓彈簧(8)在沒有振動時維持彈性材料塊(7)的形變處于線性形變區(qū)域的中點。
[0010]本實用新型的工作原理是:半導體激光器(3)發(fā)射的激光經(jīng)過分光棱鏡(4)中半透半反膜作用，產生兩束相互垂直的出射光分別入射到參考鏡(6)和測量鏡(12)，參考鏡
(6)反射光斑入射到分節(jié)PSD2 (11)的光敏面上，測量鏡(12)反射光斑入射到PSDl (10)的光敏面上。預壓彈簧(8)在無振動時維持彈性材料塊(7)的形變處于線性形變區(qū)域的中點，以獲得最大的測量范圍。質量塊(13)的加速度與振動加速度一致，在振動過程中質量塊(13 )和彈性材料塊(7 )之間壓力發(fā)生改變，彈性材料塊(7 )發(fā)生微量形變，改變質量塊(13)上表面測量鏡(4)的位置，使反射光路發(fā)生改變。參考鏡(6)反射光路的改變只與材料自身特性有關。分節(jié)PSDl (10)檢測測量鏡(12)反射光斑實時位置，分節(jié)PSD2 (11)檢測參考鏡(6)反射光斑的實時位置，形成差動測量結構，通過參考鏡(6)，測量鏡(12)反射光斑位置偏移量之差轉化為振動加速度的大小。
[0011]本實用新型的有益效果是:本實用新型的設計是基于厚度變形的差動測量，通過測量鏡(12)，參考鏡(6)反射光斑位置偏移量之差轉化為振動加速度的大小，減弱了材料的溫度特性對測量精度的不利影響，使之可以緊貼在生產設備發(fā)熱的外殼上保持對設備振動的精確測量。另外，作為敏感元件的分節(jié)PSD的分辨率遠高于壓電晶體，且位置分辨率與系統(tǒng)的信噪比無關，對前置放大電路使用的芯片要求也更低。因此，本實用新型具有靈敏度高，工作溫度范圍寬和配置電路簡單等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012]圖1是基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0014]圖1所示基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器由基座(1)，封裝外殼(2)，半導體激光器(3)，分光棱鏡(4)，夾具(5)，參考鏡(6)，彈性材料塊(7)，預壓彈簧(8)，螺釘
(9)，分節(jié)PSDl (10)，分節(jié)PSD2 (11 )，測量鏡(12)，質量塊(13)，固定孔(14)組成。半導體激光器(3 )固定在封裝外殼(2 )左下角，分光棱鏡(4)通過夾具(5 )置于封裝外殼(2 )內左中部，分光棱鏡(4 )的入射面與入射激光垂直。質量塊(13 )通過上表面兩側的螺釘(9 )、預壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，質量塊(13)上表面正中間用UV膠固定測量鏡
(12)。參考鏡(6 )通過上表面兩側的螺釘(9 )、預壓彈簧(8 )與彈性材料塊(7 )剛性連接，并置于封裝外殼(2)頂部正對測量鏡(12)位置，彈性材料塊(7)由Co基形變強化型高彈性合金制成，為Co40NiCrMO合金，預壓彈簧(8)在沒有振動時維持彈性材料塊(7)的形變處于線性形變區(qū)域的中點。經(jīng)分光棱鏡(4)產生的相互垂直的入射光分別入射到參考鏡(6)和測量鏡(12)，分節(jié)PSDl (10)和分節(jié)PSD2 (11)置于封裝外殼(2)內右面壁中上位置，無振動時參考鏡(6)反射光斑入射到分節(jié)PSD2 (11)中點，測量鏡(12)反射光斑入射到PSDl (10)中點?；?I)通過固定孔(14)安裝在設備外殼上。本實用新型的工作原理是:半導體激光器(3)發(fā)射的激光經(jīng)過分光棱鏡(4)中半透半反膜作用，產生兩束相互垂直的出射光分別入射到參考鏡(6)和測量鏡(12)，參考鏡(6)反射光斑入射到分節(jié)PSD2 (11)的光敏面上，測量鏡(12)反射光斑入射到PSDl (10)的光敏面上。預壓彈簧(8)在無振動時維持彈性材料塊(7)的形變處于線性形變區(qū)域的中點，以獲得最大的測量范圍。質量塊(13)的加速度與振動加速度一致，在振動過程中質量塊(13)和彈性材料塊(7)之間壓力發(fā)生改變，彈性材料塊(7)發(fā)生微量形變，改變質量塊(13)上表面測量鏡(4)的位置，使反射光路發(fā)生改變。參考鏡(6)反射光路的改變只與材料自身特性有關。分節(jié)PSDl (10)檢測測量鏡
(12)反射光斑實時位置，分節(jié)PSD2 (11)檢測參考鏡(6)反射光斑的實時位置，形成差動測量結構，通過參考鏡(6)，測量鏡(12)反射光斑位置偏移量之差轉化為振動加速度的大小。使用前將本實用新型固定在隔振光學平臺上，接通電源后將沒有振動時參考鏡(6)，測量鏡
(12)反射光斑的位置作為初始位置。通過固定孔(14)將本實用新型安裝于生產設備的外殼，信號通過電纜接入到前置放大電路上，實時讀取兩個光敏面上光斑相對于初始位置的偏移量，通過測量鏡(12)，參考鏡(6)反射光斑位置偏移量之差轉化為振動加速度的大小。之后通過計算機將獲得的振動加速度經(jīng)過一次積分可獲得振動速度，二次積分可獲得振動位移，最終測得描述振動的三個物理參量。
【主權項】
1.基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器，由基座(1)，封裝外殼(2)，半導體激光器(3)，分光棱鏡(4)，夾具(5)，參考鏡(6)，彈性材料塊(7)，預壓彈簧(8)，螺釘(9)，分節(jié)PSDl (10)，分節(jié)PSD2 (11)，測量鏡(12)，質量塊(13)，固定孔(14)組成，其特征在于:半導體激光器(3)固定在封裝外殼(2)左下角，分光棱鏡(4)通過夾具(5)置于封裝外殼(2 )內左中部，分光棱鏡(4 )的入射面與入射激光垂直，質量塊(13 )通過上表面兩側的螺釘(9)、預壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，質量塊(13)上表面正中間用UV膠固定測量鏡(12)，參考鏡(6)通過上表面兩側的螺釘(9)、預壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，并置于封裝外殼(2)頂部正對測量鏡(12)位置，經(jīng)分光棱鏡(4)產生的相互垂直的入射光分別入射到參考鏡(6 )和測量鏡(12 )，分節(jié)PSDI (1 )和分節(jié)PSD2 (11)置于封裝外殼(2 )內右面壁中上位置，無振動時參考鏡(6)反射光斑入射到分節(jié)PSD2 (11)中點，測量鏡(12)反射光斑入射到PSDl (10)中點，基座(I)通過固定孔(14)安裝在設備外殼上。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器，其特征在于:所述的彈性材料塊(7)由Co基形變強化型高彈性合金制成，為Co40NiCrMo合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器，其特征在于:所述的預壓彈簧(8)在沒有振動時維持彈性材料塊(7)的形變處于線性形變區(qū)域的中點。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于分節(jié)PSD的差動式振動加速度傳感器，由基座，封裝外殼，半導體激光器，分光棱鏡，夾具，參考鏡，彈性材料塊，預壓彈簧，螺釘，分節(jié)PSD1,分節(jié)PSD2,測量鏡，質量塊，固定孔組成。半導體激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光棱鏡產生相互垂直的入射光分別入射到參考鏡和測量鏡，再分別反射到分節(jié)PSD1,分節(jié)PSD2光敏面上；有振動時測量鏡反射光斑將偏離PSD1中點，形成基于分節(jié)PSD1和分節(jié)PSD2的差動測量結構，通過參考鏡與測量鏡反射光斑位置偏移量之差來測量振動加速度的大小，該發(fā)明靈敏度高、工作溫度范圍寬和配置電路簡單，具有良好的應用前景。
【IPC分類】G01H9-00, G01P15-03
【公開號】CN204359427
【申請?zhí)枴緾N201520064815
【發(fā)明人】包立峰, 沈常宇
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月30日