专利名称：激光激振测振仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体激光激振测振仪。它是微光电机械系统部件运动的驱动和运动特性测量的有效工具，同时又是微光电机械部件制备生产过程中质量检测的重要仪器，在微光电机械系统的研究，设计以及制备生产中将起到重要作用。
已有技术中，人们用了多种结构方式如静电感应，磁致申缩，电热形变，压电驱动，光致激励等耒驱动微光电机械系统部件的运动，并且用电学、光学方式测量它们的位移、速度、振动频率、幅度等参量。
“单片集成砷化镓(GaAs)激光驱动微机械谐振器”(SCIENCE，Vol.260，7May 1993，p.786-789)和日本实用新型专利JP5-20815、JP6-117913“光激励振子传感器”，具有激光激振和感应信号输出功能。这一感应信号来源于激光器对外部注入光的反应，它是用于温度，应(压)力，流量等物理量测量的一种特殊功能的器件，不是一种能够适用于不同情况和不同要求的测量仪器。
“机械式激光频闪振动控制测量仪”(CN 86 2 10604 U)实际上是一种稳频控制的电信号发生器，它不具有用激光驱动物体运动的功能，也不具有微小运动精密测量的功能，不能用于微机械系统领域的测量。
“运动姿态测量方法及其装置”(CN 1057907A)属于激光多普勒测量技术，不具有激励被测物体运动的功能。
“非接触式调频光纤位移测量仪”(CN 1042414A)是光纤干涉测量仪器的一种。但它不具有激励被测物体运动的功能，在测量原理上采用激光调频技术。
发明人“A Measuring Devices”提出的测量装置(参见专利WO 86/05271)，(1)光路主要采用体光学元器件；(2)采用频移器实现外差干涉；(3)装置仅用于振动频率的测量，忽略幅度的精确度量。
本实用新型的目的是为了克服上述已有技术中的不足，提供一种既能激励作为被测样品的微光电机械系统部件运动，又能同时测量其振动频率和振幅参数的非接触式的激光激振测振仪。它将具有一体化，多功能，适用范围广的特点。
本实用新型的激光激振测振仪，它包括机壳10，在机壳10内置有带激振交直流电源20的激振光源1和带有直流电源5的测振光源4。激振光源1的输出光束经过激振臂光纤2与光纤合波器6的第一输入端O1相连。测振光源4输出光束经过测振臂光纤3与光纤合波器6的第二输入端O2相连。光纤合波器6的输出端O3通过合波光纤7与光纤复用器8的输入端O4相接，光纤复用器8的第一输出端O5连接前端带光纤探头11的干涉光纤9。光纤探头11置于带有振动驱动电源14的压电陶瓷13上，并且光纤探头11顶端端面m对准置于机壳10外的被测样品12。光纤复用器8的第二输出端O6通过最后输出光纤19将干涉光束传送到光电探测器18的受光面上。光电探测器18的输出端连接到机壳10外的信号监示器17以及经A/D转换模块15与计算机16相连。上面所说的激振光源1和测振光源4是半导体激光器，或是其他固体激光器，或是气体激光器。所说的光纤合波器6和光纤复用器8是光纤耦合器或半导体耦合器等。所说的信号监示器17是示波器，或是频率计等。
如上所述的本实用新型的激光激振测振仪的结构，如图1所示。它的工作过程是利用激振光源1经交流电源20的驱动，发射出全强度调制的光束通过激振臂光纤2，依次进入光纤合波器6，合束光纤7，光纤复用器8和干涉光纤9经光纤探头11对准被测样品12辐照，使之产生振动；与此同时直流电源5驱动的测振光源4发射等强度光束经测振臂光纤3进入与上述同一光路入射到被测样品12表面并部分反射返回到光纤探头11，与直接从光纤探头11顶端端面m反射返回的光在干涉光纤9内产生干涉，干涉光信号经光纤复用器8和最后输出光纤19传送到光电探测器18的受光面上，由光电探测器18转换为干涉电信号，经A/D变换模块15输入计算机16进行数据处理或经信号监示器17，给出振动频率和振动幅度。
如果被测样品12的振幅小于半个波长时，通过带振动驱动电源14的压电陶瓷(PZT)13带动光纤探头11产生相对振动，即在干涉信号上附加有正弦调制信号，借以测出极微小的振动幅度。
图1为本实用新型的激光激振测振仪的结构示意图。
图2为本实用新型在实施例中记录和获得的信号波形图。曲线1为交流电源20驱动激振光源1发射的电调制波形；曲线2为通过光电探测器18光电转换后的干涉信号波形。
本实用新型的优点1.本实用新型如图1所示的上述结构，激振激光束和测振激光束通过光纤，光纤合波器6合二而一在同一根光纤上转播，完成激振测振，实现一体化，非接触式，多功能，适用范围广的仪器。
2.本实用新型采用干涉光纤9，光纤探头11和光纤复用器8承担光的传输和干涉，不受电的干扰和外界环境的影响，因此仪器的工作稳定性好，并可实施远程测量。
3.本实用新型中的光纤探头11置于带振动驱动电源14的压电陶瓷13上，具有正弦相位调制功能，因此振动幅度的测量精度可以高达纳米量级。
4.本实用新型由于采用半导体激光器，光纤和光纤耦合器，具有结构紧凑，牢固，体积小，重量轻，小型化，便于携带，操作简便，使用灵活的特点。
实施例1如图1所示的结构。激振光源1和测振光源4都采用半导体激光器，它包括激光二极管，PD光监控，带有FC(ST，SC)/PC接头的尾纤。被测样品12是硅微机械谐振器，为悬臂梁结构。信号监示器17采用示波器。由计算机16或信号监示器17获得结果如图2所示。图2中，曲线1为驱动激振光源1的电调制波形，曲线2为检测到硅微机械谐振器振动的波形，测得的硅微机械谐振器的振动频率为3.333KHz，与激振光源1的驱动调制频率完全一致，而且由图2中所示的两条曲线也证明了这一点。测得振动振幅为131nm。这充分说明了本实用新型的上述优点。
权利要求1.一种激光激振测振仪，包括<1>在机壳(10)内置有带交直流电源(20)的激振光源(1)和带直流电源(5)的测振光源(4)；<2>置于机壳(10)内的光电探测器(18)的输出端连接到置于机壳(10)外的信号监示器(17)以及通过A/D变换模块(15)与计算机(16)相连；其特征在于<3>激振光源(1)的输出光束通过激振臂光纤(2)与光纤合波器(6)的第一输入端(O1)相连，测振光源(4)的输出光束经测振臂光纤(3)与光纤合波器(6)的第二输入端(O2)相连；<4>光纤合波器(6)的输出端(O3)经合波光纤(7)与光纤复用器(8)的输入端(O4)相连，光纤复用器(8)的第一输出端(O5)连接前端带有光纤探头(11)的干涉光纤(9)；<5>光纤探头(11)置于带振动驱动电源(14)的压电陶瓷(13)上，光纤探头(11)的顶端端面(m)对准被测样品(12)；<6>光纤复用器(8)的第二输出端(O6)经最后输出光纤(19)将光束传送到光电探测器(18)的受光面上。
2.根据权利要求1所述的激光激振测振仪，其特征在于所说的激振光源(1)和测振光源(4)是半导体激光器，或是其它固体激光器，或是气体激光器。
3.根据权利要求1所述的激光激振测振仪，其特征在于所说的光纤合波器(6)和光纤复用器(8)是光纤耦合器，或是半导体耦合器。
4.根据权利要求1所述的激光激振测振仪，其特征在于所说的信号监示器(17)是示波器，或者是频率计。
专利摘要一种激光激振测振仪,包括产生调制激振光束的激振光源和产生光强恒定测振光束的测振光源,光纤合波器,合束光纤,光电探测器,光纤复用器和端面对准被测样品并具有正弦相位调制的光纤探头。激振光束使被测样品产生振动,测振光束射到被测样品表面反射返回的光束和光纤探头端面反射返回的光束产生干涉,由此可同时测得振动频率和振动幅度。本实用新型具有多功能,非接触式,小型化,一体化,稳定性好,测量精度高的特点。
文档编号G01H9/00GK2397483SQ9925192
公开日2000年9月20日 申请日期1999年12月2日 优先权日1999年12月2日
发明者陈高庭, 方祖捷, 王向朝, 瞿荣辉, 蔡海文, 耿建新 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所