一種高靈敏度微振動檢測方法
【專利說明】一種高靈敏度微振動檢測方法
[0001] 所屬領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種基于高深寬比納米陣列探測微振動的方法，主要用于微小聲振動 的精確測量，屬于微振檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著海洋經(jīng)濟、軍事戰(zhàn)略地位的日益突出，各種軍事目標(biāo)聲信號越來越復(fù)雜，迫切 需要研宄探測、定位和跟蹤目標(biāo)的新方法。聲波是水中遠程傳播的最佳媒體，然而隨著聲對 抗與反對抗的發(fā)展，特別是多數(shù)潛艇采用消聲瓦之后，聲吶的工作頻率要求下降到約3kHz 以下，為水聽器探測提出了更大的挑戰(zhàn)；低空或地面運動目標(biāo)位于雷達盲區(qū)時，利用空氣中 傳播的目標(biāo)輻射噪聲進行目標(biāo)探測也引起了廣泛重視。
[0004] 聲探測技術(shù)是微振動探測的一個方向，基于聲學(xué)探測的一個典型應(yīng)用就是水聽 器。中北大學(xué)提出的三維矢量水聽器（專利號：102103013A)，其采用MEMS微加工技術(shù)加工 獲得的分別用于敏感X向、Y向、Z向三方向水下聲信號的敏感單元，以此測量質(zhì)點振速的三 個振速分量，最終實現(xiàn)聲源定位。然而，此水聽器采用壓阻式工作原理，通過敏感結(jié)構(gòu)將感 受到的聲壓變化引起的聲振動信號轉(zhuǎn)換成電量信號，再經(jīng)過放大將信號以電壓或者電流的 形式輸出，在微小電容、電流等信號檢測上需要非常嚴格的設(shè)計與控制，對電路測試等相關(guān) 技術(shù)水平的要求非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是：為了克服現(xiàn)有微探測靈敏度低以及微小電信號檢測難度大的缺 點，提出了一種基于高深寬比柱陣列的光衍射實現(xiàn)微振動的檢測方法，通過探測衍射光斑 的變化實現(xiàn)微小振動的探測，該方法具有工藝簡單、靈敏度高。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高靈敏度微振動檢測方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1 :在硅基底上布置周期性高深寬比柱陣列結(jié)構(gòu)。
[0008] 步驟2 :激光器經(jīng)過光束整形后，從側(cè)面入射到高深寬比納米陣列，在另一側(cè)形成 明暗相間的衍射條紋。
[0009] 步驟3 :當(dāng)高深寬比柱陣列感受到外界振動時，會發(fā)生同步搖晃振動，導(dǎo)致衍射條 紋隨之發(fā)生變化。
[0010] 步驟4 :讀取衍射條紋± 1級的運動軌跡，得到衍射條紋的變化角度Θ，即為高深 寬比柱陣列的振動角度。
[0011] 步驟5:根據(jù)理論力學(xué)與材料力學(xué)的相關(guān)知識，可以推導(dǎo)出外界載荷p與角度Θ 之間的關(guān)系為：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種高靈敏度微振動檢測方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :在硅基底上布置周期性高深寬比柱陣列結(jié)構(gòu)； 步驟2 :激光器經(jīng)過光束整形后，從側(cè)面入射到高深寬比柱陣列結(jié)構(gòu)，在另一側(cè)形成明 暗相間的衍射條紋； 步驟3 :當(dāng)高深寬比柱陣列感受到外界振動時，發(fā)生同步搖晃振動，導(dǎo)致衍射條紋隨之 發(fā)生變化； 步驟4 :讀取衍射條紋±1級的運動軌跡，得到衍射條紋的變化角度Θ，即為高深寬比 柱陣列的振動角度； 步驟5 :計算外界載荷p :
其中，E為高深寬比柱陣列材料的楊氏模量；d為高深寬比柱陣列結(jié)構(gòu)的直徑；h為高深 寬比柱陣列的高度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高深寬比納米陣列探測微振動的方法，屬于微振檢測領(lǐng)域。該方法是：激光器經(jīng)過光束整形后，從側(cè)面入射到高深寬比納米陣列，在另一側(cè)形成明暗相間的衍射條紋；當(dāng)高深寬比柱陣列感受到外界振動時，會發(fā)生同步搖晃振動，導(dǎo)致衍射條紋隨之發(fā)生變化；讀取衍射條紋±1級的運動軌跡，得到衍射條紋的變化角度θ，根據(jù)理論力學(xué)與材料力學(xué)的相關(guān)知識，推導(dǎo)出外界載荷p與角度θ之間的關(guān)系，從而通過檢測衍射條紋變化角度θ實現(xiàn)測量外界微小振動載荷的目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)系統(tǒng)集成。同時，與現(xiàn)有探測方式相比，避免微小電信號的檢測難度，提高探測系統(tǒng)的精度。
【IPC分類】G01H11-02
【公開號】CN104764521
【申請?zhí)枴緾N201510125375
【發(fā)明人】馬志波, 苑偉政, 姜澄宇, 喬大勇, 孟海莎
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月20日