激光振动传感器的研究与开发

论文摘要

本论文是关于振动传感器的研究与开发的论述,激光振动传感器是利用激光入射到振动的质量块表面,经反射,入射光和反射光干涉后形成驻波。在入射点运用激光接收器探测激光驻波的光强,通过光强的强弱变化就可以探测出振动情况。研究激光振动传感器是为了获得抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便性能更优的新型振动传感器。研究与比较其他类型的振动传感器,本传感器选用标准的CMOS工艺与MEMS工艺相结合,以激光作为探测工具,以硅工艺中的硅材料作为敏感惯性材料。研究开发的过程中采用ANSYS仿真确定悬臂梁的回滞能力和振动范围,利用MATLAB对激光形成的驻波进行仿真,方便结果的处理。前期的研究与开发工作,主要是确定出此传感器的测振方式和具体结构,并从中得到了测振方法,此传感器的最大创新点有两个。一是用激光作为探测工具,不需要光纤,这样既简化了传感器结构,又可以提高测量精度;二是将标准的CMOS工艺与先进的MEMS工艺相结合,可以用硅材料作为敏感元件的材料,性能更高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 激光振动传感器的发展现状
• 1.1.1 微振动测量传感器的发展现状
• 1.1.2 光纤传感器的现状
• 1.2 光纤传感器的应用范围
• 1.3 新方案的目标和挑战
• 1.3.1 需达到的目标
• 1.3.2 面临的问题和挑战
• 1.4 本文的主要内容和安排
• 第二章 激光振动传感器的理论
• 2.1 激光技术
• 2.1.1 激光产生的原理
• 2.1.2 激光的特性
• 2.2 机械波与驻波
• 2.2.1 机械波
• 2.2.2 驻波
• 第三章 激光振动传感器的设计
• 3.1 传感器的系统选择
• 3.1.1 微振动测量系统
• 3.1.2 微振动测量的方法
• 3.2 常用振动测量传感器
• 3.3 激光传感器的特点和优点
• 3.4 传感器的结构选择
• 3.4.1 激光的选择
• 3.4.2 敏感元件的设计
• 3.5 传感器的材料选择和工艺制造
• 3.5.1 传感器材料的选择
• 3.5.2 传感器的加工工艺
• 第四章 弹性梁的结构仿真和规格
• 4.1 弹性梁的结构
• 4.2 弹性梁的灵敏度与梁的大小关系
• 4.3 弹性梁结构固有频率的分析
• 4.4 ANSYS软件仿真
• 4.4.1 ANSYS软件的仿真功能
• 4.4.2 传感器敏感部件的ANSYS仿真
• 4.4.3 弹性梁几何尺寸的确定
• 第五章 软件实现传感器的测量功能
• 5.1 振动传感器如何测量振动情况
• 5.2 MATLAB分析驻波原理和光强的变化
• 5.3 C软件设计与实现
• 5.3.1 C程序处理信息的功用
• 5.3.2 C程序如何处理光强
• 5.4 振幅和频率的测试
• 5.4.1 振动传感测试的背景
• 5.4.2 传感器的性能指标
• 5.5 分析仿真实验结果和误差分析
• 5.5.1 传感器的仿真实验结果
• 5.5.2 误差分析
• 第六章 结论和振动传感器的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B