[实用新型]基于梳状栅格的MOEMS无线振动传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种通过梳状栅格实现外界振动信号对传感器光强信号编码，并具备无线信号传输功能的MOEMS无线振动传感器。

背景技术

微光机电系统(MOEMS)是近几年在微机电系统(MEMS)中发展起来的一支极具活力的新技术系统，它是由微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系统。MOEMS因其可批量生产、体积小、精度高等优点，而广泛应用于光通讯及图像处理方面，其在工程检测传感领域的专利报道相对较少。

中国专利CN102483427A给出一种CMOS MOEMS传感器可以用于探测诸如振动、运动、旋转、加速度等物理参数。但是该CMOS MOEMS传感器在监测被测动态参量时需要保证被测物体表面的光滑度以实现光信号的有效反射。这一测量要求限制了其在隧道、桥梁等环境复杂大型工程结构监测中的应用。

本实用新型中微型光源发出的光强信号，经过准直设备进入振动敏感源进行调制后输入到光电转换设备转换为电信号。数据分析设备分析来自光电转换设备的电信号后得到外界振动信号的振幅及频率信息，然后对振动信号进行编码，并通过无线传输设备实现振动信号的无线传输。该传感器各部分均封装在一个传感器外壳中，实现了传感器的微型化与高度集成。此种结构设计使其在监测中仅需要将传感器与被测物体进行有效的接触，并且检测信号的无线传输功能有效的克服了隧道、桥梁等大型工程结构监测中传感器布置及引线困难的现状。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于梳状栅格的MOEMS无线振动传感器，该传感器实现了外界振动信号的测量及无线传输，该传感器体积小、高度集成，克服了现有光纤振动传感器在隧道、桥梁等大型工程监测项目中传感器布置及引线困难的现状。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于梳状栅格的MOEMS无线振动传感器，包括：微型光源、传输光纤、准直器、振动敏感源、光电转换模块、数据分析模块和无线传输模块；

所述微型光源通过传输光纤与振动敏感源连接，在所述振动敏感源的两侧分别固定有准直器，所述振动敏感源的输出端通过传输光纤与光电转换模块连接，光电转换模块与数据分析模块、无线传输模块依次连接。

进一步地，所述振动敏感源包括梳状栅格、保护框架及准直螺纹孔；所述梳状栅格随外界振动而上下浮动，所述保护框架设置在梳状栅格的外侧，所述准直螺纹孔设置在保护框架上用于与准直设备连接。

进一步地，所述光电转换设备包括依次串联连接的光电转换元件、放大电路和滤波电路。

一种基于梳状栅格的MOEMS无线振动传感器的工作方法，包括：

1)光强信号经过准直设备进入振动敏感源，经过振动敏感源调制之后的光信号通过准直器进入光电转换设备；光电转换模块将光强信号转换为电信号输入到数据处理分析模块进行处理；

2)通过分析在特定时间内A/D转换信号幅值强弱交替的次数，确定光强信号的变化频率f；

3)结合振动敏感源中梳状栅格宽度l、格距数值d以及光强信号的频率f，计算所述特定时间内振动敏感源所经过的路程L；

4)根据路程L计算振动信号的幅值a；

进一步地，所述步骤3)中计算所述特定时间内振动敏感源所经过的路程L的方法为：

L＝f(l+d)

其中，l为梳状栅格宽度，d为格距数值，f为光强信号的频率。

所述步骤4)中计算振动信号的幅值a的方法为：

L＝2*a*t²

其中，L为时间t内振动敏感源所经过的路程。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型中微型光源发出的光强信号，经过准直器进入振动敏感源进行调制后输入到光电转换模块转换为电信号。数据分析模块分析来自光电转换模块的电信号后得到外界环境振动信号的振幅及频率信息，然后编码振动信号信息并通过无线传输模块实现振动信号的无线传输。此种结构设计使其在监测中仅需要将传感器与被测物体进行有效的接触，并检测信号的无线传输功能有效的克服了隧道、桥梁等大型工程结构监测中传感器布置及引线困难的现状。

附图说明

图1为基于梳状栅格的MMOEMS无线振动传感器结构示意图；

图2为振动敏感源的正视图；

图3为光电转换模块电路原理图；

图4(a)为基于梳状栅格的MMOEMS无线振动传感器标定实验时域波形；