[發明專利]基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器

無效

• 申請號: 201010104140.5
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101788267A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 曾旭;侯昌倫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器。

背景技術

位移傳感器作為傳感器領域中的重要一部分，可以用來精確測量被測物體的位置、位移變化等變化，主要應用于檢測物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量，在民用和軍用領域有著廣泛的應用前景。

在現有報道中，位移傳感器主要分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。雖然種類很多，但是現有的位移傳感器的位移精度最高只能達到納米量級，因此，對一些需要高精度位移測量方面起了限制作用。而本提案提出的高精度位移傳感器，能夠精確測量到納米量級以下的位移變化，對于高精度位移傳感領域的應用來說，具有很重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的問題而提出一種實現高精度、的基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器及其方法。

基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器。其特征在于包括基板、第一光電探測器、第一聚焦透鏡組、分光棱鏡、帶有準直擴束透鏡組的激光光源、T字型玻璃基板、第一圓孔、第二聚焦透鏡組、第二光電探測器、光電探測器固定底座、壓電陶瓷、第二圓孔、第一玻璃基板、第一亞波長光柵層、第二亞波長光柵層、第二玻璃基板；T字型玻璃基板的一側設有基板、第一光電探測器、第一聚焦透鏡組，第一光電探測器、第一聚焦透鏡組經過組合后固定在基板上，T字型玻璃基板上的一側從下到上依次設有帶有準直擴束透鏡組的激光光源、分光棱鏡、第二聚焦透鏡組、第二光電探測器、光電探測器固定底座，第二聚焦透鏡組與第二光電探測器組合后固定在光電探測器固定底座上，T字型玻璃基板內設有第一圓孔，T字型玻璃基板上的另一側從左至右依次設有壓電陶瓷、第二圓孔、第一玻璃基板、第一亞波長光柵層，壓電陶瓷內設有第二圓孔，第一亞波長光柵層的右側有第二亞波長光柵層、第二玻璃基板，第二亞波長光柵層設在第二玻璃基板左側；光從帶有準直擴束透鏡組的激光光源發出，通過分光棱鏡產生兩路激光，一路激光通過第一聚焦透鏡組，照射到第二光電探測器上，另一路激光通過分光棱鏡，第一圓孔、第二圓孔、至第一玻璃基底、第一亞波長光柵層、第二亞波長光柵層、第二玻璃基板；在第一亞波長光柵層上產生的反射光通過第二圓孔、第一圓孔、分光棱鏡、第一聚焦透鏡組、由第一光電探測器接收。

所述的一種基于兩組亞波長光柵的光學為位移傳感器，其特征在于所述的第一亞波長光柵層或第二亞波長光柵層的周期為0.3～2微米，厚度為0.5～3微米，第一亞波長光柵層與第二亞波長光柵層之間的空氣間隙為0.05～1微米。所述的第一亞波長光柵層與第二亞波長光柵層形成諧振腔。所述的第一亞波長光柵層與第二亞波長光柵層之間的空氣間隙通過壓電陶瓷控制。所述的壓電陶瓷推動第一玻璃基底軸向平移距離為0～5微米。

本發明利用兩組亞波長光柵之間的相互運動，來對反射光進行調制，通過對反射光強度的探測，得到亞波長光柵的運動位移。通過此方法，可以精確的測量物體的位移。同時，將光源，探測器，以及壓電陶瓷等集成在一起，可以大大縮小系統的體積。根據此特點，可以在位移測量的小型化，高精度方面有著突破性的進展。

本發明結構緊湊、體積小、質量輕；探測信號信噪比高，能夠精確反映位移變化；具有調節能力，系統靈活；測量精度高，突破了現有位移傳感器的探測精度。

附圖說明

圖1是基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器的系統結構示意圖；

圖2是基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器的系統結構分解圖；

圖3是基于兩組亞波長光柵的光學微位移傳感器的系統剖面圖；

圖4是兩組亞波長光柵的細節放大圖；

圖5是兩組亞波長光柵形成諧振的原理圖；

圖6是反射光隨兩組亞波長光柵之間相對位移變化的光強曲線圖。

具體實施方式