[發明專利]一種基于微波干涉的微振動傳感器和感測方法

有效

• 申請號: 201910070432.2
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109883534B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 王兵;張鐵犁;葛萌;劉曉旭;張修建;張鵬程;高翌春
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京國之大銘知識產權代理事務所(普通合伙) 11565
• 代理人: 張偉鳳

本發明公開了一種基于微波干涉的微振動傳感器和感測方法，所述微振動傳感器包括微懸臂梁、敏感質量塊、微波諧振腔和讀出電路，其中所述微懸臂梁安裝在所述微波諧振腔的上方，所述敏感質量塊固定連接在所述微懸臂梁頂部，所述微懸臂梁和敏感質量塊感測所述被測物體的微振動并根據所述微振動發生微位移；所述微波諧振腔發射第一微波信號，并接收所述微懸臂梁和敏感質量塊的微位移所反射的第二微波信號；所述讀出電路提取所述第二微波信號并進行數據處理，根據所述微位移與所述被測物體的微振動加速度的比例關系進行計算并實現對所述被測物體的微振動加速度的測量。本發明公開的實施例能夠有效提高微振動的測量靈敏度和準確度。

技術領域

本發明涉及微振動傳感器的技術領域，特別是涉及一種基于微波干涉的微振動傳感器和感測方法。

背景技術

近年來，新一代高精度航天飛行器在軌運行過程中，由于大氣阻力、姿軌控推力等各因素引起航天器本體產生一種幅度較小，頻帶較寬的顫振相應，稱之為在軌航天器的微振動環境，這將對精密有效載荷的工作和科學實驗產生一定的影響和干擾，只有實現對微振動環境的準確測量，才能有效評價這些影響，進而采取有效措施進行抑制。這類微振動測量對傳感器的靈敏度和準確度要求較高，現有的振動傳感器方式常采用壓阻式、電容式等制備，加速度的靈敏度受到電壓、電流測量靈敏度的限制，已達到瓶頸，存在的低頻段測量精度不高，靈敏度低，頻響范圍窄等問題。

發明內容

為了解決上述問題至少之一，本發明第一方面提供一種基于微波干涉的微振動傳感器，包括微懸臂梁、敏感質量塊、微波諧振腔和讀出電路，其中

所述微懸臂梁安裝在所述微波諧振腔的上方，所述敏感質量塊固定連接在所述微懸臂梁頂部，所述微懸臂梁和敏感質量塊感測所述被測物體的微振動并根據所述微振動發生微位移；

所述微波諧振腔發射第一微波信號，并接收所述微懸臂梁和敏感質量塊的微位移所反射的第二微波信號；

所述讀出電路提取所述第二微波信號并進行數據處理，根據所述微位移與所述被測物體的微振動加速度的比例關系進行計算并實現對所述被測物體的微振動加速度的測量。

進一步的，所述微懸臂梁為薄膜懸臂梁。

進一步的，所述微懸臂梁的材料為Si₃N₄。

進一步的，所述微懸臂梁包括多層石墨烯。

進一步的，所述微波諧振腔采用同軸開放式結構，包括中心導體，所述中心導體與所述微懸臂梁之間存在間隙，所述中心導體用于感測所述間隙變化產生的電場變化。

進一步的，所述中心導體使用絕緣介質填充。

進一步的，所述第一微波信號為固定頻率的微波信號或規律變化的微波信號。

進一步的，所述讀出電路為零差干涉儀結構。

本發明第二方面提供一種第一方面所述的微振動傳感器的感測方法，包括：

微波諧振腔發射第一微波信號至所述微懸臂梁；

被測物體發生微振動，敏感質量塊和微懸臂梁感測所述微振動，并根據所述微振動發生微位移，所述微位移改變所述微波諧振腔的中心導體與所述微懸臂梁之間的間隙的長度；

所述微波諧振腔接收所述微懸臂梁反射的第二微波信號；

讀出電路提取所述第二微波信號進行信號處理，并根據所述微位移與所述被測物體的微振動的比例關系測量所述被測物體的微振動加速度。

進一步的，所述微位移改變所述微波諧振腔的中心導體與所述微懸臂梁之間的間隙的長度中進一步包括：

所述微位移改變所述間隙長度以改變所述微波諧振腔的諧振頻率和品質因數。