專利名稱：一種利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種慣性測量技術(shù)和光柵檢測技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，市面上大量使用的基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的微加速度計主要采用電容式或壓 阻式的檢測機理。然而，壓阻式受環(huán)境溫度的影響較大，需要復(fù)雜的溫度補償電路來保證測 試結(jié)果的準(zhǔn)確性；而電容式對環(huán)境的電磁干擾比較敏感，并且需要高靈敏度的電容檢測電路。
最近幾年，光學(xué)檢測方法開始在微加速度計領(lǐng)域得到應(yīng)用，它具有低的溫度漂移、優(yōu)異 的抗電磁干擾性能、潛在的高靈敏度等優(yōu)點，能夠適應(yīng)較惡劣的工作環(huán)境。其中，光柵檢測 技術(shù)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(dǎo)了一種利用光柵的相位調(diào)制技術(shù)進(jìn)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(dǎo)了一種 利用亞波長光柵的共振原理實現(xiàn)對加速度的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的新裝置和新方法。 參閱圖1，本發(fā)明提出的利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的裝置通過質(zhì)量塊1來敏感 加速度；質(zhì)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?xùn)艞l2;可動?xùn)?條2與連接在錨點4上的固定柵條5構(gòu)成一個光柵副。所述的可動?xùn)艞l2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(zhì)量塊1帶動可動?xùn)艞l2在與可動?xùn)艞l2垂直的方向上 產(chǎn)生一定位移，從而改變可動?xùn)艞l2與固定柵條5之間的相對位置，導(dǎo)致出射光束3中不同 衍射級次上的光強發(fā)生相應(yīng)改變。因此，針對特定的衍射級次，根據(jù)其光強就可以反推出輸 入的加速度信號。
利用本發(fā)明提出的裝置進(jìn)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(yīng)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(jù)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(zhì)量塊l在加速度作用下的位移，w為固 定柵條5和可動?xùn)艞l2的寬度、c/為固定柵條5和可動?xùn)艞l2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(zhì)量塊1的位移x成線性 關(guān)系，從而便于實際的計算。式{〗}中，w為質(zhì)量塊l的質(zhì)量，/t為彈性梁7的剛度。
本發(fā)明提出的利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的裝置和方法，具有溫漂低、抗電磁干 擾性能強、靈敏度高等優(yōu)點，適合工作于較惡劣的環(huán)境。


圖1本發(fā)明利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的基本工作原理示意圖 圖2光柵副的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖
圖中l(wèi)一質(zhì)量塊；2 —可動?xùn)艞l； 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(shù)進(jìn)行加速度測量的裝置通過質(zhì)量塊1來敏感加 速度；質(zhì)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?xùn)艞l2;可動?xùn)艞l2 與連接在錨點4上的固定柵條5構(gòu)成一個光柵副。所述的可動?xùn)艞l2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(jìn)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(yīng)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(jù)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(zhì)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?xùn)艞l2的 寬度和周期，附為質(zhì)量塊l的質(zhì)量，A:為彈性梁7的剛度。
權(quán)利要求
1. 一種利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的裝置，該裝置通過質(zhì)量塊(1)敏感加速度，其特征在于所述的質(zhì)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?xùn)艞l(2)；可動?xùn)艞l(2)與連接在錨點(4)上的固定柵條(5)構(gòu)成一個光柵副。
2. —種如權(quán)利要求1所述的利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的裝置，其特征在于所述的可動?xùn)艞l(2)和固定柵條(5)具有相同的寬度和周期。
3. —種利用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行加速度測量的方法，其特征在于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(yīng)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(jù)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(zhì)量塊(1)在加速度作用下的位 移，w為固定柵條(5)和可動?xùn)艞l(2)的寬度、d為固定柵條(5)和可動?xùn)艞l(2) 的周期，n為選取的某一衍射級次；式[O中m為質(zhì)量塊(l)的質(zhì)量，k為彈性梁(7) 的剛度。
4. 一種如權(quán)利要求3所述的加速度測量的方法，其特征在于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(zhì)量塊1和位移;c成線性關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用光柵檢測技術(shù)進(jìn)行加速度測量的新裝置和新方法，屬于傳感檢測領(lǐng)域。裝置通過質(zhì)量塊1敏感加速度；質(zhì)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?xùn)艞l2；可動?xùn)艞l2與固定柵條5構(gòu)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(zhì)量塊1帶動可動?xùn)艞l2產(chǎn)生一定位移x，從而改變可動?xùn)艞l2與固定柵條5之間的相對位置，導(dǎo)致出射光束3中不同衍射級次上的光強發(fā)生相應(yīng)改變。因此，針對特定的衍射級次，根據(jù)其光強反推出輸入的加速度信號。本發(fā)明提出的加速度測量的裝置和方法，具有溫漂低、抗電磁干擾性能強、靈敏度高等優(yōu)點，適合工作于較惡劣的環(huán)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(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者喬大勇, 李曉瑩, 斌 燕, 苑偉政, 虞益挺 申請人:西北工業(yè)大學(xué)