[实用新型]微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置

说明书

本实用新型涉及一种微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，包括：声激励模块、干涉仪模块、光栅光谱仪模块和计算机。首先通过声激励模块产生声波信号激励微结构产生振动。其次，通过干涉仪模块测量微结构产生的振动，带有振动信息的干涉信号进入光栅光谱仪模块中由相机采集光谱信号并传入计算机中。最后，采用波长标定算法和频谱校正算法对傅里叶变换后的频域干涉光谱信号的峰值频率进行精确校正，通过校正后的峰值频率随时间变化关系获得微结构振动时域曲线，即还原出振动信号。该装置可对微结构实现非接触式亚纳米量级振动测量，测量装置简单，测量速度快，可靠性强。

技术领域

本实用新型涉及光学无损检测领域，是一种微结构模态分析的声激励频域光学相干层析检测装置。

背景技术

微结构，例如微臂梁和微板是微机械电子系统的重要组成部分，在原子力显微镜、微谐振器、微开关、微制动器等领域中有着重要的应用。近年来，工业和科学邻域对高精度制造和微电子机械系统等应用中微结构的振动检测和模态分析技术的需求不断增加。传统的接触式振动检测和模态分析法通常采用力锤激励使结构产生振动，然后利用加速度传感器或压电传感器对结构的振动信息进行提取。这种接触式的振动测量方法虽然可以较好的实现对桥梁等大型结构进行振动检测和模态分析，然而微结构的尺寸仅为微米至毫米量级，传统的接触式振动激励及检测法的激励幅值难以实现精确控制，同时加速度传感器本身的质量会影响这类结构的模态参数，所以在微结构的振动检测和模态分析应用中有着很大的局限性。

对于微结构的振动测量，非接触式振动检测就成了非常重要的检测方法。如采用光学位感条纹动态测量技术对欧拉梁结构的振动检测和固有频率分析，其轴向位移分辨率仅为微米量级且需要预先将条纹粘贴于被测物体表面；其他一些光学非接触式振动测量方法例如激光多普勒测振仪，其在低频低速位移下分辨率较低，难以实现对微结构纳米量级振动位移测量。

因此，针对以往的检测手段难以实现对微结构进行非接触式的纳米量级的振动检测，设计出一种微结构模态分析的声激励频域光学相干层析检测装置，以实现对微结构振动进行精确、简单、高效的非接触式无损检测意义重大。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题进行改进，即本实用新型所需要解决的技术问题是提出一种微结构模态分析的声激励频域光学相干层析检测装置，该装置可实现对微结构进行非接触式、高精度的振动测量。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种微结构模态分析的声激励频域光学相干层析检测装置，包括：

一声激励模块，通过函数信号发生器产生的正弦电压信号控制扬声器产生声波信号激励微结构产生振动，所述声激励模块包括相连接的函数信号发生器和扬声器；

一干涉仪模块，用以对所述微结构受激励产生的振动进行连续采集，并将采集到的带有振动信息的干涉光谱信号进行传输；所述干涉仪模块包括光源、第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、分光镜、用于设置微结构样品的微结构夹具和第一反射镜；

在所述干涉仪模块中，沿光源出光方向依次设置有第三凸透镜和分光镜，所述分光镜在第三凸透镜的对侧依次设置有第一凸透镜和微结构夹具；所述扬声器设置在微结构夹具的旁侧；所述分光镜垂直于第三凸透镜和第一凸透镜方向的左侧依次设置有第二凸透镜和第一反射镜；

一光栅光谱仪模块，用以对所述由干涉仪模块中带有干涉信息的平行光进行处理，并将处理后的光谱干涉信息聚焦到高速线阵相机的感光元件上；所述光栅光谱仪模块包括第二反射镜、反射光栅、柱透镜和高速线阵相机；

在所述光栅光谱仪模块中，第二反射镜设置在所述分光镜垂直于第三凸透镜和第一凸透镜方向的右侧；反射光栅设置在所述第二反射镜的反射出光方向上；沿所述反射光栅的反射出光方向依次设置有柱透镜和高速线阵相机；

还可以包括一连接高速线阵相机的计算机，用以对所述光栅光谱仪模块中的高速线阵相机进行控制，并对传输到计算机的干涉光谱信号进行存储和处理。