一種利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置和方法
2023-09-16 10:03:30 2
專利名稱：一種利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置和方法
技術領域：
本發明屬於傳感檢測領域，尤其涉及一種慣性測量技術和光柵檢測技術。
背景技術：
目前，市面上大量使用的基於微機電系統(MEMS)技術的微加速度計主要採用電容式或壓 阻式的檢測機理。然而，壓阻式受環境溫度的影響較大，需要複雜的溫度補償電路來保證測 試結果的準確性；而電容式對環境的電磁幹擾比較敏感，並且需要高靈敏度的電容檢測電路。
最近幾年，光學檢測方法開始在微加速度計領域得到應用，它具有低的溫度漂移、優異 的抗電磁幹擾性能、潛在的高靈敏度等優點，能夠適應較惡劣的工作環境。其中，光柵檢測 技術是一個重要的研究方向。2002年，Loh等人C7 Mfcrae/e"ramec/7. S，， /7"， 7W-M7)報導了一種利用光柵的相位調製技術進行加速度檢測的新方法；2007年， Krishnamoorthy等人(rm"M wcers'07， 70-74 Jw"e 2007, Z^ow， Fra"ce， /7站)報導了一種 利用亞波長光柵的共振原理實現對加速度的檢測。
發明內容
本發明提出一種利用光柵檢測技術進行加速度測量的新裝置和新方法。 參閱圖1，本發明提出的利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置通過質量塊1來敏感 加速度；質量塊1的一端通過彈性梁7連接在錨點4上，另一端連接著可動柵條2;可動柵 條2與連接在錨點4上的固定柵條5構成一個光柵副。所述的可動柵條2和固定柵條5具有 相同的寬度和周期。
該測量裝置的基本工作原理為工作時，入射光6照射到光柵副上，其出射光束3被分 成不同的衍射級。在加速度作用下，質量塊1帶動可動柵條2在與可動柵條2垂直的方向上 產生一定位移，從而改變可動柵條2與固定柵條5之間的相對位置，導致出射光束3中不同 衍射級次上的光強發生相應改變。因此，針對特定的衍射級次，根據其光強就可以反推出輸 入的加速度信號。
利用本發明提出的裝置進行加速度測量的新方法，包括如下歩驟
步驟一將入射光6照射到光柵副上，得到相應的出射光束3;
步驟二利用光電探測器探測出出射光束3的某一衍射級次上相對光強/;步驟三根據式{1}和。}，由某一衍射級次上的相對光強求解得出加速度信號fl。 /=57力<:2(簡/力{1 +cc 5{27OT(^/2+x)Ai]} {i} a^Ax/w {j} 其中，式W為光柵衍射光強公式，式中x表示質量塊l在加速度作用下的位移，w為固 定柵條5和可動柵條2的寬度、c/為固定柵條5和可動柵條2的周期，"為某一衍射級次。其 中，衍射級次"的選擇最好滿足條件該衍射級次上相對光強/對質量塊1的位移x成線性 關係，從而便於實際的計算。式{〗}中，w為質量塊l的質量，/t為彈性梁7的剛度。
本發明提出的利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置和方法，具有溫漂低、抗電磁幹 擾性能強、靈敏度高等優點，適合工作於較惡劣的環境。
圖1本發明利用光柵檢測技術進行加速度測量的基本工作原理示意圖 圖2光柵副的結構參數圖
圖中l一質量塊；2 —可動柵條； 3 —出射光束；4一錨點；
5—固定柵條；6 —入射光； 7 —彈性梁
具體實施例
參閱圖1，本實施例的利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置通過質量塊1來敏感加 速度；質量塊l的一端通過彈性梁7連接在錨點4上，另一端連接著可動柵條2;可動柵條2 與連接在錨點4上的固定柵條5構成一個光柵副。所述的可動柵條2和固定柵條5具有相同 的寬度w和周期c/。
利用本實施例的裝置進行加速度測量的方法包括如下步驟
步驟一將入射光6照射到光柵副上，得到相應的出射光束3;
步驟二利用光電探測器探測出出射光束3的+1級衍射級次上相對光強/;
步驟三根據下面兩式，由+ l級衍射級次上的相對光強/求解得出加速度信號fl。 /^'"c2(wAi) {1 +cc^[2 r(t//2+x)/￡f]}
式中x表示質量塊l在加速度作用下的位移，w、 ^分別為固定柵條5以及可動柵條2的 寬度和周期，附為質量塊l的質量，A:為彈性梁7的剛度。
權利要求
1. 一種利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置，該裝置通過質量塊(1)敏感加速度，其特徵在於所述的質量塊(1)的一端通過彈性梁(7)連接在錨點(4)上，另一端連接著可動柵條(2)；可動柵條(2)與連接在錨點(4)上的固定柵條(5)構成一個光柵副。
2. —種如權利要求1所述的利用光柵檢測技術進行加速度測量的裝置，其特徵在於所述的可動柵條(2)和固定柵條(5)具有相同的寬度和周期。
3. —種利用權利要求1所述的裝置進行加速度測量的方法，其特徵在於包括下述步驟步驟一將入射光(6)照射到光柵副上，得到相應的出射光束(3); 步驟二利用光電探測器探測出出射光束(3)的某一衍射級次上相對光強/; 步驟三根據式{1}和{]}，由某一衍射級次上的相對光強/求解得出加速度信號fl: /=57'"c (■uWc ){l+co5i[27rn(c//2+x)/<i]} {i} fl=fcc/w {j} 其中，式{1}為光柵衍射光強公式，式中x表示質量塊(1)在加速度作用下的位 移，w為固定柵條(5)和可動柵條(2)的寬度、d為固定柵條(5)和可動柵條(2) 的周期，n為選取的某一衍射級次；式[O中m為質量塊(l)的質量，k為彈性梁(7) 的剛度。
4. 一種如權利要求3所述的加速度測量的方法，其特徵在於所述步驟三中衍射級次n 的選擇滿足條件該衍射級次上相對光強/對質量塊1和位移;c成線性關係。
全文摘要
本發明公開了一種利用光柵檢測技術進行加速度測量的新裝置和新方法，屬於傳感檢測領域。裝置通過質量塊1敏感加速度；質量塊1的一端通過彈性梁7連接在錨點4上，另一端連接可動柵條2；可動柵條2與固定柵條5構成一個光柵副。工作時，入射光6照射到光柵副上，其出射光束3被分成不同的衍射級。在加速度作用下，質量塊1帶動可動柵條2產生一定位移x，從而改變可動柵條2與固定柵條5之間的相對位置，導致出射光束3中不同衍射級次上的光強發生相應改變。因此，針對特定的衍射級次，根據其光強反推出輸入的加速度信號。本發明提出的加速度測量的裝置和方法，具有溫漂低、抗電磁幹擾性能強、靈敏度高等優點，適合工作於較惡劣的環境。
文檔編號G01P15/02GK101477137SQ20091002095
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月19日 優先權日2009年1月19日
發明者喬大勇, 李曉瑩, 斌 燕, 苑偉政, 虞益挺 申請人:西北工業大學