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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于振動測量檢測技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備器件的老化，連接件的松動往往伴隨著異常振動的產(chǎn)生。測量和分析設(shè)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(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)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(qiáng)的穩(wěn)定性，配置電路簡單，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在位置坐標(biāo)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(chǎn)設(shè)備發(fā)熱外殼，精確測量設(shè)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(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種分節(jié)PSD作為敏感元件，差動結(jié)構(gòu)的振動加速度傳感器，固定在生產(chǎn)設(shè)備的外殼上，當(dāng)設(shè)備工作產(chǎn)生大量熱量使外殼溫度大幅升高后也能實現(xiàn)對設(shè)備振動的精確測量。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)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(dǎo)體激光器(3)，分光棱鏡(4)，夾具(5)，參考鏡(6)，彈性材料塊
[7]，預(yù)壓彈簧(8)，螺釘(9)，分節(jié)PSDl(10)，分節(jié)PSD2 (11)，測量鏡(12)，質(zhì)量塊(13)，固定孔(14)組成，其特征在于:半導(dǎo)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(nèi)左中部，分光棱鏡(4)的入射面與入射激光垂直，質(zhì)量塊
(13)通過上表面兩側(cè)的螺釘(9)、預(yù)壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，質(zhì)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(cè)的螺釘(9 )、預(yù)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(chǎn)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(nèi)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(shè)備外殼上。
[0008]所述的彈性材料塊(7)由Co基形變強(qiáng)化型高彈性合金制成，為Co40NiCrMo合金。
[0009]所述的預(yù)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]本發(fā)明的工作原理是:半導(dǎo)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(chǎn)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(yù)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(zhì)量塊(13)的加速度與振動加速度一致，在振動過程中質(zhì)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(zhì)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(guān)。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(jié)構(gòu)，通過參考鏡(6)，測量鏡(12)反射光斑位置偏移量之差轉(zhuǎn)化為振動加速度的大小。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的設(shè)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(zhuǎn)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(chǎn)設(shè)備發(fā)熱的外殼上保持對設(shè)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(yuǎn)高于壓電晶體，且位置分辨率與系統(tǒng)的信噪比無關(guān)，對前置放大電路使用的芯片要求也更低。因此，本發(fā)明具有靈敏度高，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(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)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(dǎo)體激光器(3)，分光棱鏡(4)，夾具(5)，參考鏡(6)，彈性材料塊(7)，預(yù)壓彈簧(8)，螺釘
(9)，分節(jié)PSDl (10)，分節(jié)PSD2 (11 )，測量鏡(12)，質(zhì)量塊(13)，固定孔(14)組成。半導(dǎo)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(nèi)左中部，分光棱鏡(4 )的入射面與入射激光垂直。質(zhì)量塊(13 )通過上表面兩側(cè)的螺釘(9 )、預(yù)壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，質(zhì)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(cè)的螺釘(9 )、預(yù)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(qiáng)化型高彈性合金制成，為Co40NiCrMO合金，預(yù)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(chǎn)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(nèi)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(shè)備外殼上。本發(fā)明的工作原理是:半導(dǎo)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(chǎn)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(yù)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(zhì)量塊(13)的加速度與振動加速度一致，在振動過程中質(zhì)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(zhì)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(guān)。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(jié)構(gòu)，通過參考鏡(6)，測量鏡(12)反射光斑位置偏移量之差轉(zhuǎn)化為振動加速度的大小。使用前將本發(fā)明固定在隔振光學(xué)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)將本發(fā)明安裝于生產(chǎn)設(shè)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(zhuǎn)化為振動加速度的大小。之后通過計算機(jī)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(quán)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(dǎo)體激光器(3)，分光棱鏡(4)，夾具(5)，參考鏡(6)，彈性材料塊(7)，預(yù)壓彈簧(8)，螺釘(9)，分節(jié)PSDl (10)，分節(jié)PSD2 (11)，測量鏡(12)，質(zhì)量塊(13)，固定孔(14)組成，其特征在于:半導(dǎo)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(nèi)左中部，分光棱鏡(4 )的入射面與入射激光垂直，質(zhì)量塊(13 )通過上表面兩側(cè)的螺釘(9)、預(yù)壓彈簧(8)與彈性材料塊(7)剛性連接，質(zhì)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(cè)的螺釘(9)、預(yù)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(chǎn)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(nèi)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(shè)備外殼上。
2.根據(jù)權(quán)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(qiáng)化型高彈性合金制成，為Co40NiCrMo合金。
3.根據(jù)權(quán)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(yù)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】本發(fā)明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(dǎo)體激光器，分光棱鏡，夾具，參考鏡，彈性材料塊，預(yù)壓彈簧，螺釘，分節(jié)PSD1,分節(jié)PSD2,測量鏡，質(zhì)量塊，固定孔組成。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光棱鏡產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(yīng)用前景。
【IPC分類】G01P15-03, G01H9-00
【公開號】CN104596635
【申請?zhí)枴緾N201510046845
【發(fā)明人】包立峰, 沈常宇
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月30日