调研报告激光测震ppt模版课件

激光测振仪在微机械振动测量中的应用 苏州舜新仪器有限公司 清华大学2011 9 26 赵婷婷王宇峰 宋云峰 1 27 MEMS简介 2 27 MEMS指可批量制作的 集微型传感器 微型结构 微型执行器以及信号处理和控制电路 接口 通讯等于一起的微型器件或系统 它具有微型化 集成化 微电子化等主要特点 MEMS已在信息技术外围设备 汽车 工业航空 航天发动机 消费电子 医药和生命科学 远程通讯等领域得到广泛应用 小尺寸 多样化 微电子 MEMS简介 由于尺度小 能够感受作用的面积极小 由于体积小而相对表面积大 易受环境影响 3 27 包含数字接口 自检 自调整和总线兼容功能 具备在网络中应用的基本条件 具有标准的输出 便于与系统集成在一起 且能按要求灵活的设计制造出多样化的MEMS 采用MEMS工艺可以把不同功能 不同敏感方向或制动方向的多个传感器或执行器集成于一体 或形成微传感器阵列 微执行器阵列或其他更复杂的微系统 体积小 质量轻 功耗低 惯性小 对MEMS进行振动测量主要是利用振动参数来对MEMS进行设计或者检测等 尤其是谐振频率 线性度 串扰比等等 扫描隧道显微镜和原子力显微镜解决了原子级尺度的测量问题 但无法胜任MEMS在高频高速运动下的动力学特性测试 激光测振仪可进行非接触式动态测量 MEMS测量方法 4 27 激光多普勒振动仪 LaserDopplerVibrometer 是一类应用最广的非接触式无损测量设备 目前已具备纳米级的测量精度 在宏观结构和微型结构的动态测量方面都获得了广泛应用 非接触式测量 无附加质量 红色激光 安全可见 光斑大小可调 10um 激光测振仪的优势 5 27 激光测振仪原理 激光多普勒测振仪是基于光学干涉原理 也就是光强分别是I1和I2的两个相干光束相互重叠 其总光强不是简单的单独光强的相加而是根据以下称之为干涉条件的公式得出的Itot I1 I2 2 I1I2 cos 2 r1 r2 由于多普勒频移f 2v 即f与速度 v 成正比变化 传感器获得的信号再经过频率电压转化为电压信号U 由于该转化为线性 即 U k F f L k f L 其中L L 为常数 电压通过高通滤波去处直流分量得 U k f 2kv 则v k U 电压与振动速度成正比 一 面外激光测振仪 6 27 激光测振仪原理 二 面内激光测振仪 激光内测振仪测量的是垂直于两个汇聚激光探针平分线平面内的表面移动速度 背散色激光的频移 多普勒效应 决定了速度 信号处理把振动 交流电源 组件和连续运动 直流电源 平均速度 分开 在测量头里面 输出激光被分成两束 探测光离开测量头 在待测移动表面 以一个已知的角度 汇聚和交叠 两束交叠的光作用在由平行光和暗条纹构成的干涉图样的3D区域 测量范围 将要测量的表面切割了测量体积 显示和散色条纹的中间部分 边缘间距d仅由交叉半角 和光的波长 决定 波长的稳定 产品的设计与生产对保持两个变量不变是很重要的 多普勒频移和速度直接成正比例 7 27 产品概况 激光测振仪产品是基于光学干涉原理 采用非接触式测量技术 可以在线实时测量物体的振动速度 振幅 加速度等物理量 用于产品质量检测和优化等 分辨率在纳米量级 针对客户不同的需求 主要有以下几种系列 单点激光多普勒测振仪三维激光多普勒测振仪多点激光多普勒测振仪远距离激光测振仪扫描激光测振仪高频激光测振仪面内激光测振仪显微激光测振仪 8 27 产品概况 白光干涉仪采用光学干涉技术 可以沿垂直轴方向对被测物体进行扫描 它精密测量样品的表面形状分布 应用领域 LED晶片基板测量表面粗糙度 平整度分析硬盘悬臂焊接点的直径测量太阳能电池纹理缺陷检测 9 27 产品特色优势 产品的新颖性 纳米光电测控设备在中国的需求量是近几年才开始发展起来的 具有相当的新颖性 激光测振仪采用非接触式测量 对物体的振动 速度及位移等进行测量 拥有高空间分辨率 可通过外接显微镜或望远镜等设备实现对微小物体的显微测试和大型物体的远距离测试 先进性和独特性 本团队研制的纳米光电测控设备在世界上处于先进水平 在中国具领先地位 其独特性在于将激光干涉技术和三角法位移技术相结合 可实现动态和静态的同时测量 面内激光测振仪和面外激光测振仪相结合 可实现三维振动同时测量 10 27 11 案例1振动工作台和压电陶瓷测试 激光多普勒测振仪 应用案例 11 27 案例1振动工作台和压电陶瓷测试 激光多普勒测振仪 应用案例 12 12 27 13 案例2音圈电机测试 激光多普勒测振仪 应用案例 13 27 50Hz 20kHz 案例2音圈电机测试 激光多普勒测振仪 应用案例 14 14 27 激光多普勒测振仪 应用案例 15 27 实验概述 被测器件是一6 6的超声换能器阵列 阵列中的每一单元可单独操作 其基本结构是带有上下电极的压电薄膜 所有单元的下电极连在一起 上电极单独引出 在上下电极间加正弦激励信号可产生超声波 当接收到超声波时 上下电极间会有电信号 16 27 实验概述 激光测振仪将直径小于30um的激光光斑汇聚于压电微超声换能器的每个单元上 由信号发生器对其进行激励 并由激光测振仪测量其振动量 实现了激光测振仪对微结构振动特性的非接触式测量 并给出了测量结果 包括谐振频率 信噪比 低压串扰等 17 27 各系统组成及作用 激光测振仪 发出并收集测量光和参考光 电源 220 240Vrms50 60Hz激光波长 632 8nm频率范围 1Hz 2 5MHz最大测量速度 20m s速度分辨率 1um s最大线性误差 1 最小光斑尺寸 10um位移分辨率 20kHZ 0 04nm 18 27 各系统组成及作用 激光测振仪控制箱 对采集到的光信号进行分析 显示信号强度 增益设置 19 27 各系统组成及作用 影像测量仪 缩小光斑尺寸 20 27 各系统组成及作用 数据采集卡 模拟信号转换成数字信号 分析软件 进行数据分析 显示屏 显示测量结果 21 27 系统示意图 22 27 试验搭建 23 27 测试项目及测试结果 测试目的 找出器件的谐振频率测试方法 将光斑定位在单元上电极的中心点 在单元的上下电极间加峰峰值4V的正弦电压 改变输入电压的频率 记录相应的振动速度或振幅 以便于绘制频响曲线 24 27 测试项目及测试结果 测试目的 测量器件的信噪比测试方法 将光斑定位在单元上电极的中心点 在单元的上下电极间加峰峰值4V的正弦电压 频率即为前面测试确定的谐振频率 记录振动的幅度 去除激励电压 再次记录振动的幅度 两次振幅的比值极为信噪比 测试结果 加载前振幅 0 01um加载后振幅 0 128um信噪比 0 078125 25 27 测试项目及测试结果 测试目的 测量器件振动是否对周边单元产生影响测试方法 在找到谐振频率后 在单元的上下电极间加峰峰值4V的正弦电压 频率即为前面测试确定的谐振频率 将光