[发明专利]脉冲微位移传感器及其测量位移的方法

权利要求书

1.一种脉冲微位移传感器，其特征在于：包括光源（1）、分束器（16）、运动光栅（2）、固定光栅（3）、增反层（4）、第一红外光电探测器（5）、第一聚焦透镜组（6）、第二红外光电探测器（7）、第二聚焦透镜组（8）、第一固定底座（9）、第二固定底座（15）、回形悬臂梁（10）、上层电容平板（11）、下层电容平板（12）、信号处理模块（13）和电流驱动模块（14）；所述上层电容平板（11）上刻蚀运动光栅（2）；上层电容平板（11）的一端通过两个回形悬臂梁（10）与第一固定底座（9）相连，另一端通过两个回形悬臂梁（10）与第二固定底座（15）相连；第一固定底座（9）和第二固定底座（15）均固定在增反层（4）上；上层电容平板（11）通过回形悬臂梁（10）、第一固定底座（9）和第二固定底座（15）与增反层（4）电连接；所述下层电容平板（12）上刻蚀固定光栅（3），下层电容平板（12）固定在增反层（4）上，与增反层（4）绝缘；

在上层电容平板（11）的两个长边处对称设有两个第一梳状电极（17），在每个第一梳状电极（17）的上方各设有与其所对应的第二梳状电极（18），且所述第二梳状电极（18）可靠静电力被第一梳状电极（17）吸引或排斥；每个第二梳状电极（18）均通过梳状电极固定底座（19）固定在增反层（4）上，与增反层（4）绝缘；

所述光源（1）置于上层电容平板（11）的正上方，光源（1）的下方设有分束器（16），第一红外光电探测器（5）和第二红外光电探测器（7）对称置于光源（1）的两侧，第一聚焦透镜组（6）置于第一红外光电探测器（5）的正下方，第二聚焦透镜组（8）置于第二红外光电探测器（7）的正下方；第一红外光电探测器（5）和第二红外光电探测器（7）与信号处理模块（13）相连；下层电容平板（12）的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；两个梳状电极固定底座（19）通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；增反层（4）的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块（14）；电流驱动模块（14）与信号处理模块（13）相连；

所述光源（1）为带有准直扩束的红外1530nm光源；所述增反层（4）由800nm的SiN₃和600nm的SiO₂以及Si基底从上至下依次排布组成；所述运动光栅（2）和固定光栅（3）厚度均为950-965nm；光栅数均为30-80个，周期T均为1493-1500nm，占空比均为0.45-0.5；运动光栅（2）与固定光栅（3）的空气间隙为300-400nm。

2.根据权利要求1所述一种脉冲微位移传感器，其特征在于：所述的光源（1）为垂直腔表面发射激光器。

3.一种利用权利要求1所述脉冲微位移传感器测量位移的方法，其特征在于，包括以下步骤：

从光源（1）发出的光通过分束器（16）产生两路激光，一路激光照射到上层电容平板（11）没有光栅的区域后反射，反射光束通过第一聚焦透镜组（6）照射到第一红外光电探测器（5）上；另一路激光依次通过上层电容平板（11）的运动光栅（2）、下层电容平板（12）的固定光栅（3）和增反层（4）后，经过增反层（4）反射的光束通过第二聚焦透镜组（8）照射到第二红外光电探测器（7）上；

第一红外光电探测器（5）和第二红外光电探测器（7）上接收到的光强信号传送到信号处理模块（13）进行对比分析，通过差分技术滤除噪声得到脉冲式光强信号；电流驱动模块（14）输出电流到上层电容平板（11）和下层电容平板（12），通过调整电流的大小来调整两层电容平板的纵向间隔，从而得到线宽不同的脉冲式光强信号，当得到的脉冲式光强信号的线宽最短时，锁定此时给予电容平板的电流；当上层电容平板（11）和下层电容平板（12）发生横向相对位移时产生脉冲式光强信号，调整提供给第一梳状电极（17）和第二梳状电极（18）的电流，使得两层光栅保持在脉冲光强斜率最大的位置，该位置记为横向初始位置，锁定此时给予梳状电极的电流；当上层电容平板（11）和下层电容平板（12）再次发生横向相对位移时，通过电流驱动模块（14）驱动第一梳状电极（17）和第二梳状电极（18），将运动光栅（2）拉回到锁定的横向初始位置，计算输出的电流，最终得到运动光栅（2）的微小位移；若由于外界震动的原因造成上层电容平板（11）和下层电容平板（12）之间的间隔变化，使得脉冲信号消失，电流驱动模块（14）再次调整输出电流，直到重新出现脉冲式光强信号。