组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法
【专利摘要】本发明公开了一种组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法，该传感器包括两组发射接收结构、第一运动光栅、第二运动光栅、第一固定光栅、第二固定光栅、增反层、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、信号处理模块和电流驱动模块。本发明大大缩小了系统的体积，而且引入了梳状电极、电容平板作为静电力回复闭环器件，能够精确对位移进行探测，扩大了探测器的动态范围；通过一组光栅产生的脉冲式光强变化信号来锁定另一组光栅产生的平缓光强变化信号斜率最大的位置，从而测量位移；实现了传感系统的小型化、高精度，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。
【专利说明】 组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器【技术领域】，特别是涉及一种组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法。
【背景技术】
[0002]近年来随着集成电路制造工艺和微机械加工工艺的发展，以这两种制作工艺为基础的微机械传感器的到了快速的发展。微机械传感器以其体积小、重量轻、功耗小、成本低、易集成、过载能力强和可批量生产等特点，迅速占领了各种传感器领域，例如微机械加速度传感器等。目前，随着对微机械位移传感器性能要求的提高，特别是中高精度位移传感应用需求的不断扩展，与光学测量和微光学技术相结合的高精度微光机位移传感器的研究成为了一个重要发展方向。
[0003]在现有的报到中位移传感器主要分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。虽然种类繁多，但是现在的位移传感器的位移精度最高只能达到纳米量级，一种纳米级的微位移测量装置是美国Sandia Nat1nal Lab设计的双光栅MEMS位移传感器，该装置是利用光栅反射光强来测量微小位移，通过信号光强变化来将光栅锁定在测量位移最灵敏的位置，由于光强变化曲线相对平缓，无法准确区分光强的变化由于外界环境导致还是位移导致的，因此无法精确将光栅锁定在位移最灵敏的位置，测量精度不高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术的步不足，提供一种组合光栅微位移传感器及其测量位移的方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种组合光栅微位移传感器，包括两组发射接收结构、第一运动光栅、第二运动光栅、第一固定光栅、第二固定光栅、增反层、第一固定底座、第二固定底座、回形悬臂梁、上层电容平板、下层电容平板、信号处理模块和电流驱动模块；所述每组发射接收结构包括光源、分束器、第一红外光电探测器、第一聚焦透镜组、第二红外光电探测器和第二聚焦透镜组；
所述上层电容平板的一侧具有向下的矩形凹槽，所述凹槽的槽深为600-900nm，在凹槽上刻蚀第二运动光栅，在上层电容平板的另一侧刻蚀与第二运动光栅结构相同的第一运动光栅；上层电容平板的一端通过两个回形悬臂梁与第一固定底座相连，另一端通过两个回形悬臂梁与第二固定底座相连，回形悬臂梁起到了支撑上层电容平板的作用，第一运动光栅和第一固定光栅之间，第二运动光栅和第二固定光栅之间均有相适应的容纳腔，在有外界纵向位移时，容纳腔为上层电容平板的位移提供了变化的空间。同时回形梁的设计保证了系统拥有较大的弹性系数，从而提高了探测位移的灵敏度，而且也使得光栅移动过程中不会出现垂轴串扰的现象；第一固定底座和第二固定底座均固定在增反层上；上层电容平板通过回形悬臂梁、第一固定底座和第二固定底座与增反层电连接； 所述下层电容平板的一侧刻蚀与第一运动光栅结构相同的第一固定光栅，所述第一固定光栅的横向初始位置与第一运动光栅的横向初始位置在垂直于光栅方向上的距离为295-305nm;所述下层电容平板的另一侧刻蚀与第二运动光栅结构相同的第二固定光栅，所述第二固定光栅的横向初始位置与第二运动光栅的横向初始位置在垂直于光栅方向上的距离为163-167nm ;下层电容平板固定在增反层上，与增反层绝缘；
在上层电容平板的两个长边处对称设有两个第一梳状电极，在每个第一梳状电极的上方各设有与其所对应的第二梳状电极，且所述第二梳状电极可靠静电力被第一梳状电极吸引或排斥；每个第二梳状电极均通过梳状电极固定底座固定在增反层上，与增反层绝缘；
所述两组发射接收结构分别置于第一运动光栅和第二运动光栅的正上方，每组发射接收结构的光源的下方设有分束器，第一红外光电探测器和第二红外光电探测器对称置于光源的两侧，第一聚焦透镜组置于第一红外光电探测器的正下方，第二聚焦透镜组置于第二红外光电探测器的正下方；两个第一红外光电探测器和两个第二红外光电探测器均与信号处理模块相连；下层电容平板的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块；两个梳状电极固定底座通过引线相连后接入电流驱动模块；增反层的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块；电流驱动模块与信号处理模块相连；
所述光源为带有准直扩束的红外1530nm光源；所述增反层由800nm的SiN3和600nm的Si02以及Si基底从上至下依次排布组成，起到增强反射光信号的作用；所述第一运动光栅、第二运动光栅、第一固定光栅和第二固定光栅使用聚焦离子束制作而成，材料是Si，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 ；第一运动光栅和第一固定光栅的空气间隙为300-400nm,形成谐振腔，激发脉冲式光电信号；第二运动光栅与第二固定光栅的空气间隙为1000nm-1200nm。
[0006]进一步地，所述的光源为垂直腔表面发射激光器，垂直腔表面发射激光器是一种低成本、高性能的特定波长光源，具有测试简单、易耦合以及易形成阵列等独特优势。
[0007]一种利用上述组合光栅微位移传感器测量位移的方法，包括以下步骤:
两组光源发出的光均通过分束器产生两路激光，每组的一路激光均照射到上层电容平板没有光栅的区域后反射，反射光束通过第一聚焦透镜组照射到第一红外光电探测器上；一组的另一路激光依次通过上层电容平板的第一运动光栅、下层电容平板的第一固定光栅和增反层后，经过增反层反射的光束通过第二聚焦透镜组照射到第二红外光电探测器上；另一组的另一路激光依次通过上层电容平板的第二运动光栅、下层电容平板的第二固定光栅和增反层后，经过增反层反射的光束通过第二聚焦透镜组照射到第二红外光电探测器上；
两个第一红外光电探测器和两个第二红外光电探测器上接收到的光强信号传送到信号处理模块进行对比分析，通过差分技术滤除噪声得到一般伍德异常平缓光强变化信号和特殊伍德异常脉冲式光强变化信号；电流驱动模块输出电流到上层电容平板和下层电容平板，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特殊伍德异常脉冲式光强变化信号，当得到的脉冲式光强变化信号的线宽最窄时，锁定此时给予电容平板的电流；当上层电容平板和下层电容平板发生横向相对位移时产生一般伍德异常平缓光强变化信号和特殊伍德异常脉冲式光强变化信号，调整提供给第一梳状电极和第二梳状电极的电流，使得第一运动光栅和第一固定光栅横向相对位置保持在平缓光强变化曲线斜率最大的位置，该位置即为同时使得第二运动光栅和第二固定光栅产生脉冲式光强信号峰值的相对位置，利用脉冲的极窄线宽，锁定此时给予梳状电极的电流，记为横向初始位置，即锁定平缓光强变化曲线斜率最大的位置；当上层电容平板和下层电容平板再次发生横向相对位移时，通过电流驱动模块驱动第一梳状电极和第二梳状电极，将运动光栅拉回至_定的横向初始位置，计算输出的电流，最终得到运动光栅的微小位移；若由于外界震动的原因造成上层电容平板和下层电容平板之间的间隔变化，使得脉冲信号消失，电流驱动模块再次调整输出电流，直到重新出现脉冲式光强信号。
[0008]本发明有益的效果是:当上下两层光栅发生微位移时，一组光栅的反射光强会产生脉冲式的变化，另一组光栅的反射光强产生较为平缓的变化，利用脉冲式光强信号的极窄线宽，梳状电极锁定此时另一组上下两层光栅的横向相对位置，即平缓反射光强曲线斜率最大的位置，即探测器灵敏度最高的位置，通过梳状电极的反馈电流计算位移大小。本发明大大缩小了系统的体积，而且引入了梳状电极、电容平板作为静电力回复闭环器件，能够精确对位移进行探测，扩大了探测器的动态范围；通过一组光栅产生的脉冲式光强变化信号来锁定另一组光栅产生的平缓光强变化信号斜率最大的位置，从而测量位移；实现了传感系统的小型化、高精度，在航空、军事领域都有很广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为组合光栅微位移传感器的总体结构示意图；
图2为上层电容平板的一个角度的结构示意图；
图3为上层电容平板的另一个角度的结构示意图；
图4为下层电容平板的一个角度的结构示意图；
图5为下层电容平板的另一个角度的结构示意图；
图6为梳状电极的结构7]^意图；
图7为梳状电极和下层电容平板组合的结构示意图；
图8为上层电容平板和下层电容平板组合的俯视图；
图9为光栅间隔为300-400nm时，反射光强随着上下两层光栅相对移动产生的脉冲式变化曲线图；
图10为光栅间隔为1000-1200nm时，反射光强随着上下两层光栅相对移动产生的平缓变化曲线图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0011]当TE偏振的1530nm的红外光源垂直照射到亚波长光栅上时，会在光栅表面以倏逝波的形式传播。当两个光栅在垂直方向距离很近时，光会在两层光栅之间震荡，光通过倏逝场从一个光栅传到另外一个光栅，同时另外一个光栅的倏逝波也会通过倏逝场耦合会原来的光栅。当两层光栅发生的横向相对位移时，会导致谐振场发生变化，使得反射光的强度急剧提高，通过探测反射光的光强变化，我们可以精确知道发生的横向、纵向相对位移。通过调整两层光栅的纵向间隔，可以产生两种反射光强变化，一种是光强相对于位移的平缓变化的曲线，一种是光强相对于位移的脉冲式变化曲线。利用脉冲式变化曲线的极窄线宽，梳状电极可以锁定平缓变化曲线的斜率最大的位置，从而利用反馈电流计算出位移的大小。
[0012]如图1-8所示，本发明一种组合光栅微位移传感器，包括两组发射接收结构、第一运动光栅2、第二运动光栅20、第一固定光栅3、第二固定光栅21、增反层4、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;所述每组发射接收结构包括光源1、分束器16、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和第二聚焦透镜组8 ；
所述上层电容平板11的一侧具有向下的矩形凹槽，所述凹槽的槽深为600-900nm，在凹槽上刻蚀第二运动光栅20，在上层电容平板11的另一侧刻蚀与第二运动光栅20结构相同的第一运动光栅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，回形悬臂梁10起到了支撑上层电容平板11的作用，第一运动光栅2和第一固定光栅3之间,第二运动光栅20和第二固定光栅21之间均有相适应的容纳腔，在有外界纵向位移时，容纳腔为上层电容平板11的位移提供了变化的空间。同时回形梁的设计保证了系统拥有较大的弹性系数，从而提高了探测位移的灵敏度，而且也使得光栅移动过程中不会出现垂轴串扰的现象；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的一侧刻蚀与第一运动光栅2结构相同的第一固定光栅3，所述第一固定光栅3的横向初始位置与第一运动光栅2的横向初始位置在垂直于光栅方向上的距离为295-305nm ;所述下层电容平板12的另一侧刻蚀与第二运动光栅20结构相同的第二固定光栅21，所述第二固定光栅21的横向初始位置与第二运动光栅20的横向初始位置在垂直于光栅方向上的距离为163-167nm ;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；
所述两组发射接收结构分别置于第一运动光栅2和第二运动光栅20的正上方，每组发射接收结构的光源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；两个第一红外光电探测器5和两个第二红外光电探测器7均与信号处理模块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垂直腔表面发射激光器，垂直腔表面发射激光器是一种低成本、高性能的特定波长光源，具有测试简单、易耦合以及易形成阵列等独特优势；所述增反层4由800nm的SiN3和600nm的Si02以及Si基底从上至下依次排布组成，起到增强反射光信号的作用；所述第一运动光栅2、第二运动光栅20、第一固定光栅3和第二固定光栅21使用聚焦离子束制作而成，材料是Si，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 ;第一运动光栅2和第一固定光栅3的空气间隙为300-400nm,形成谐振腔,激发脉冲式光电信号；第二运动光栅20与第二固定光栅21的空气间隙为1000nm-1200nm。
[0013]一种利用上述组合光栅微位移传感器测量位移的方法，包括以下步骤:
两组光源1发出的光均通过分束器16产生两路激光，每组的一路激光均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；一组的另一路激光依次通过上层电容平板11的第一运动光栅2、下层电容平板12的第一固定光栅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；另一组的另一路激光依次通过上层电容平板11的第二运动光栅20、下层电容平板12的第二固定光栅21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；
两个第一红外光电探测器5和两个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一般伍德异常平缓光强变化信号和特殊伍德异常脉冲式光强变化信号；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特殊伍德异常脉冲式光强变化信号，当得到的脉冲式光强变化信号的线宽最窄时，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一般伍德异常平缓光强变化信号和特殊伍德异常脉冲式光强变化信号，调整提供给第一梳状电极17和第二梳状电极18的电流，使得第一运动光栅2和第一固定光栅20横向相对位置保持在平缓光强变化曲线斜率最大的位置，该位置即为同时使得第二运动光栅3和第二固定光栅21产生脉冲式光强信号峰值的相对位置，利用脉冲的极窄线宽，锁定此时给予梳状电极的电流，记为横向初始位置，即锁定平缓光强变化曲线斜率最大的位置；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。
[0014]本发明组合光栅微位移传感器的制造方法包括以下步骤:
1.本发明示例中采用的光源1为武汉电信器件有限公司(WTD)的，功率为l-10mW，波长为1530nm，由恒功率电路驱动，光源1经过Thorlab的红外波段准直器后，使发散角小于1度，调整光源1和运动光栅2表面的距离，使得光斑大小与光栅面积相匹配；第一红外光电探测器5和第二红外光电探测器7采用光电倍增管。
[0015]2.取一块直径为150mm的Si片基底表面清洁，对其进行η型掺杂，并通过传统的湿法氧化，在高温环境下1050°C处理1.5小时，在其上氧化出一层Si02薄膜，薄膜厚度为600nm。接着通过LPCVD技术在850°C温度下在Si02上沉积800nm的Si3N4。之后利用反应离子束刻蚀的方法在Si02和Si3N4层刻蚀出一个开口，该开口用于固定第一固定底座9和第二固定底座15，使得电流可以从基地导通，控制两层光栅的间隔。
[0016]3.接着在Si3N4的表面利用LPCVD的方式在580摄氏度的条件下沉积960nm的Si薄膜。这一层Si的厚度有较高的要求，需通过两次沉积完成。第一次沉积大约800nm的Si，第二次降低沉积的速率，使用N型掺杂的Si来沉积，同时使用化学机械抛光法抛光硅层表面，使得硅层达到精确960nm厚度。接着，在蒸镀的Si层表面附上掩膜，利用248nm的紫外光刻技术和反应离子束刻蚀技术刻蚀出第一固定光栅3、第二固定光栅21。第一固定光栅3、第二固定光栅21的光栅线条数为30-80条。
[0017]4.接着在Si表面沉积一层1.2um的Si02作为牺牲层，产生上下两层光栅的空气间隔，同时使用CMP技术来平滑其表面，然后附上掩膜，刻蚀出上层电容平板11的向下的矩形凹槽所需的空间。完成后，在Si02表面使用沉积第一固定光栅3和第二固定光栅21的方法再次沉积960nm的Si薄膜，使得硅层达到精确960nm厚度，同时使用化学机械抛光法抛光娃层表面。接着，使用掩膜刻蚀出第一运动光栅2、第二运动光栅20、第一梳状电极17、第二梳状电极18、回形悬臂梁10、可移动的上层电容平板11。
[0018]5.最后，再沉积0.5um的Si02牺牲层，用来包裹增反层4以及光栅的各个部件，因为需要将器件在1100摄氏度的高温下用N型杂质沉积到运动光栅2，以此来释放Si材料的应力。之后将器件浸没在HF溶液中来牺牲Si02层，形成两层光栅层之间的间隙，然后用去离子水洗净，用0)2进行零点干燥。然后对器件进行封装，与电流驱动模块14相连接。
[0019]本发明的两层亚波长光栅组合构成一个谐振腔，第一层光栅为可动部分，第二层光栅为固定部分，可动部分与固定部分之间的相对位移可以影响入射光在光栅内部的传播模式，分别是泄露模式和传导模式，从而导致光栅反射光强的变化。调整两层光栅的纵向间隔，可以产生不同形式的光强变化曲线。通过图9可见，本发明中，相对纵向间隔是300-400nm时，曲线会产生脉冲的形状，相对横向位移是163_167nm时，脉冲达到峰值。通过图10可见，本发明中，相对纵向间隔是1000-1200nm时，曲线会较为平缓，相对横向位移是295-305nm时，曲线达到其斜率最大位置。通过合理调整两组光栅的初始相对位置，当两层光栅运动到某一位置时，使得脉冲达到其峰值同时，曲线的达到其斜率最大处，从而利用脉冲极窄的线宽来锁定斜率最大位置，从而实现位移的精确测量。
【权利要求】
1.一种组合光栅微位移传感器，其特征在于:包括两组发射接收结构、第一运动光栅(2)、第二运动光栅(20)、第一固定光栅(3)、第二固定光栅(21)、增反层(4)、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);所述每组发射接收结构包括光源(I)、分束器(16)、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)和第二聚焦透镜组(8)； 所述上层电容平板(11)的一侧具有向下的矩形凹槽，所述凹槽的槽深为600-900nm，在凹槽上刻蚀第二运动光栅(20)，在上层电容平板(11)的另一侧刻蚀与第二运动光栅(20)结构相同的第一运动光栅(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)的一侧刻蚀与第一运动光栅(2)结构相同的第一固定光栅(3),所述第一固定光栅(3)的横向初始位置与第一运动光栅(2)的横向初始位置在垂直于光栅方向上的距离为295-305nm;所述下层电容平板(12)的另一侧刻蚀与第二运动光栅(20)结构相同的第二固定光栅(21)，所述第二固定光栅(21)的横向初始位置与第二运动光栅(20)的横向初始位置在垂直于光栅方向上的距离为163-167nm ;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； 所述两组发射接收结构分别置于第一运动光栅(2 )和第二运动光栅(20 )的正上方，每组发射接收结构的光源(I)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(I)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；两个第一红外光电探测器(5)和两个第二红外光电探测器(7)均与信号处理模块(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(I)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S12以及Si基底从上至下依次排布组成；所述第一运动光栅(2)、第二运动光栅(20)、第一固定光栅(3)和第二固定光栅(21)、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 ;第一运动光栅(2)和第一固定光栅(3)的空气间隙为300-400nm ;第二运动光栅(20)与第二固定光栅(21)的空气间隙为1000nm_1200nm。
2.根据权利要求1所述组合光栅微位移传感器，其特征在于:所述的光源(I)为垂直腔表面发射激光器。
3.一种利用权利要求1所述组合光栅微位移传感器测量位移的方法，其特征在于，包括以下步骤: 两组光源(I)发出的光均通过分束器(16)产生两路激光，每组的一路激光均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；一组的另一路激光依次通过上层电容平板(11)的第一运动光栅(2)、下层电容平板(12)的第一固定光栅(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；另一组的另一路激光依次通过上层电容平板(11)的第二运动光栅(20)、下层电容平板(12)的第二固定光栅(21)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； 两个第一红外光电探测器(5)和两个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一般伍德异常平缓光强变化信号和特殊伍德异常脉冲式光强变化信号；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特殊伍德异常脉冲式光强变化信号，当得到的脉冲式光强变化信号的线宽最窄时，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一般伍德异常平缓光强变化信号和特殊伍德异常脉冲式光强变化信号，调整提供给第一梳状电极(17)和第二梳状电极(18)的电流，使得第一运动光栅(2)和第一固定光栅(20)横向相对位置保持在平缓光强变化曲线斜率最大的位置，该位置即为同时使得第二运动光栅(3)和第二固定光栅(21)产生脉冲式光强信号峰值的相对位置，利用脉冲的极窄线宽，锁定此时给予梳状电极的电流，记为横向初始位置，即锁定平缓光强变化曲线斜率最大的位置；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。
【文档编号】G01B11/02GK104406524SQ201410636890
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】王晨, 白剑, 张赛, 汪凯巍 申请人:浙江大学