一种基于石墨烯薄膜位移传感的振动测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术针对振动信号难以传感的现状，提供一种振动信号传感的装置。所述基于石墨烯薄膜位移传感的振动测量装置，包括梁的静电激励振动装置、电容式探测器信号探测装置、振动信号传感装置三部分。悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动，振动时会产生声波，声波则会激励位于悬臂梁下方的电容式探测器，电容式探测器的圆形石墨烯薄膜在声波的影响下产生振动效应，与圆形背部电极之间的距离不断变化，在电源组直流电压的影响下，回路中的电流也不断变化，电流变化的频率和悬臂梁的振动频率相同，检测信号传感回路上电流的变化频率，得到了悬臂梁的振动频率。本发明专利技术可以广泛应用于机械振动、力学分析等领域的振动信号检测和传感工作。

A vibration measuring device based on graphene film displacement sensing

Aiming at the present situation that vibration signals are difficult to sense, the invention provides a device for vibration signal sensing. The vibration measuring device based on the displacement sensor of graphene film comprises three parts: the beam electrostatic excitation vibration device, the capacitive detector signal detecting device and the vibration signal sensing device. The cantilever beam is forced to vibrate under the excitation of the AC signal, and the acoustic wave will be generated when the vibration occurs. The acoustic wave will excite the capacitive detector under the cantilever beam. The circular graphene film of the capacitive detector will produce vibration effect under the influence of the acoustic wave. The distance between the circular back electrode and the circular back electrode keeps changing, and the power supply group will be excited by the acoustic wave. Under the influence of DC voltage, the current in the loop changes constantly. The frequency of the current change is the same as the vibration frequency of the cantilever beam. The vibration frequency of the cantilever beam is obtained by detecting the change frequency of the current in the signal sensing loop. The invention can be widely used for vibration signal detection and sensing in mechanical vibration, mechanical analysis and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯薄膜位移传感的振动测量装置
本专利技术专利是一种振动信号测量装置，特别是一种用于振动信号的传感装置，属于振动信号检测领域。
技术介绍
振动信号的传感广泛应用于机械振动研究、汽车系统、传感器等领域中。在振动信号的传感中，如何消除外部因素对信号的影响是决定信号精度的主要因素。对于一些振动信号的传感方法，在传感信号时受到一些外部因素如噪声或其他振动的影响等，使得振动信号的传感和检测有较大的误差。为了实现更高的信号传感灵敏度，需要采用影响更小的测量方式，然而如何降低外部因素的影响，成为制约振动信号传感精度提高的难题之一。石墨烯薄膜具有超薄、强度大的优点，具有优异的导电性和电阻随长度变化的特性。在振动信号检测方面，振动可以产生声波，石墨烯薄膜电容式检测器可以检测到声波信号的变化，通过检测声波信号，实现振动信号的测量。本专利技术可以广泛应用于机械振动、力学分析等领域的振动信号检测和传感工作。
技术实现思路
本专利技术针对振动信号难以传感的现状，提供一种振动信号传感的装置。本专利技术专利解决其技术问题所采用的方案是：所述基于石墨烯薄膜位移传感的振动测量装置，包括梁的静电激励振动装置、电容式探测器信号探测装置、振动信号传感装置三部分；所述梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述梁的静电激励振动装置由交流信号源、静电驱动极板、底板、悬臂梁、侧板、驱动开关和导线组成。所述静电驱动极板固定在底板上，位于悬臂梁正上方，长度略短于悬臂梁；所述悬臂梁固定在侧板上，左端固定右端自由，悬臂梁上表面镀一层金金属层，金金属层的左端通过导线连接交流信号源的左端，交流信号源的右端通过导线连接驱动开关的左端，驱动开关的右端通过导线连接静电驱动极板的右端；所述声波由悬臂梁振动产生，激励电容式探测器的圆形石墨烯薄膜振动。所述电容式探测器信号探测装置由圆形石墨烯薄膜、圆形背部电极、衬底、支撑环块和导线组成。所述衬底位于电容式探测器的下部；所述圆形背部电极固结于衬底上部，圆形背部电极的直径与衬底相同；所述支撑环块固结圆形背部电极，为绝缘材料；所述圆形石墨烯薄膜置于支撑环块之上，与支撑环块固结，圆形石墨烯薄膜的直径与圆形背部电极相同；所述圆形石墨烯薄膜的右端连出一根导线作为b端；所述圆形背部电极的右端连出一根导线作为a端。所述振动信号传感装置由电源组、信号取样电阻、信号传感器、开关和导线组成。所述电源组负极通过导线连接开关右端，开关左端通过导线连接电容式探测器的b端；所述电源组正极通过导线连接信号取样电阻的上端，信号取样电阻的下端通过导线连接电容式探测器的a端；所述信号传感器与信号取样电阻并联。悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；振动时会产生声波，声波则会激励位于悬臂梁下方的电容式探测器，电容式探测器的圆形石墨烯薄膜在声波的影响下产生振动效应，与圆形背部电极之间的距离不断变化，在电源组直流电压的影响下，回路中的电流也不断变化，电流变化的频率和悬臂梁的振动频率相同。检测信号传感回路上电流的变化频率，得到了悬臂梁的振动频率。回路中的电流可以表示为其中，ωa是声波的角频率，Vbias是电源组的直流偏置电压，C是电容式探测器的电容值，d0是圆形石墨烯薄膜与圆形背部电极的间距，A为振动幅值，t为时间。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.静电驱动方法是一种无接触驱动方法，测量干扰因素少，测量灵敏度高。2.圆形石墨烯薄膜超薄、强度超大，对测量结果的影响小，具有优异的导电性。附图说明图1圆形石墨烯薄膜位移传感振动测量装置图；图2电容式探测器结构图；图中，1、悬臂梁2、开关3、电源组4、信号传感器5、信号取样电阻6、电容式探测器7、声波8、侧板9、金金属层10、静电驱动极板11、交流信号源12、驱动开关13、底板14、支撑环块15、衬底16、圆形背部电极17、圆形石墨烯薄膜具体实施方式以下结合附图做作进一步详述：本实施例的主体结构包括梁的静电激励振动装置、电容式探测器信号探测装置、振动信号传感装置三部分。所述梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述梁的静电激励振动装置由交流信号源11、静电驱动极板10、底板13、悬臂梁1、侧板8、驱动开关12和导线组成。所述静电驱动极板10固定在底板13上，位于悬臂梁1正上方，长度略短于悬臂梁1；所述悬臂梁1固定在侧板8上，左端固定右端自由，悬臂梁1上表面镀一层金金属层9，金金属层9的左端通过导线连接交流信号源11的左端，交流信号源11的右端通过导线连接驱动开关12的左端，驱动开关12的右端通过导线连接静电驱动极板10的右端；所述声波7由悬臂梁1振动产生，激励电容式探测器6的圆形石墨烯薄膜17振动。所述电容式探测器信号探测装置由圆形石墨烯薄膜17、圆形背部电极16、衬底15、支撑环块14和导线组成。所述衬底15位于电容式探测器6的下部；所述圆形背部电极16固结于衬底15上部，圆形背部电极16的直径与衬底15相同；所述支撑环块14固结圆形背部电极16，为绝缘材料；所述圆形石墨烯薄膜17置于支撑环块14之上，与支撑环块14固结，圆形石墨烯薄膜17的直径与圆形背部电极16相同；所述圆形石墨烯薄膜17的右端连出一根导线作为b端；所述圆形背部电极16的右端连出一根导线作为a端。所述振动信号传感装置由电源组3、信号取样电阻5、信号传感器4、开关2和导线组成。所述电源组3负极通过导线连接开关右端，开关左端通过导线连接电容式探测器6的b端；所述电源组3正极通过导线连接信号取样电阻5的上端，信号取样电阻5的下端通过导线连接电容式探测器6的a端；所述信号传感器4与信号取样电阻5并联。悬臂梁1在交流信号激励作用下产生受迫振动；振动时会产生声波7，声波7激励位于悬臂梁1下方的电容式探测器6，电容式探测器6的圆形石墨烯薄膜17在声波7的影响下产生振动效应，与圆形背部电极16之间的距离不断变化，在电源组3直流电压的影响下，回路中的电流也不断变化，电流变化的频率和悬臂梁1的振动频率相同。检测信号传感回路上电流的变化频率，得到了悬臂梁1的振动频率。回路中的电流可以表示为其中，ωa是声波7的角频率，Vbias是电源组的直流偏置电压，C是电容式探测器6的电容值，d0是圆形石墨烯薄膜17与圆形背部电极的间距，A为振动幅值，t为时间。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本专利技术所述的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯薄膜位移传感的振动测量装置，包括梁的静电激励振动装置、电容式探测器信号探测装置、振动信号传感装置三部分；所述梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述梁的静电激励振动装置由交流信号源(11)、静电驱动极板(10)、底板(13)、悬臂梁(1)、侧板(8)、驱动开关(12)和导线组成；所述静电驱动极板(10)固定在底板(13)上，位于悬臂梁(1)正上方，长度略短于悬臂梁(1)；所述悬臂梁(1)固定在侧板(8)上，左端固定右端自由，悬臂梁(1)上表面镀一层金金属层(9)，金金属层(9)的左端通过导线连接交流信号源(11)的左端，交流信号源(11)的右端通过导线连接驱动开关(12)的左端，驱动开关(12)的右端通过导线连接静电驱动极板(10)的右端；所述声波(7)由悬臂梁(1)振动产生，激励电容式探测器(6)的圆形石墨烯薄膜(17)振动；所述电容式探测器信号探测装置由圆形石墨烯薄膜(17)、圆形背部电极(16)、衬底(15)、支撑环块(14)和导线组成；所述衬底(15)位于电容式探测器(6)的下部；所述圆形背部电极(16)固结于衬底(15)上部，圆形背部电极(16)的直径与衬底(15)相同；所述支撑环块(14)固结圆形背部电极(16)，为绝缘材料；所述圆形石墨烯薄膜(17)置于支撑环块(14)之上，与支撑环块(14)固结，圆形石墨烯薄膜(17)的直径与圆形背部电极(16)相同；所述圆形石墨烯薄膜(17)的右端连出一根导线作为b端；所述圆形背部电极(16)的右端连出一根导线作为a端；所述振动信号传感装置由电源组(3)、信号取样电阻(5)、信号传感器(4)、开关(2)和导线组成；所述电源组(3)负极通过导线连接开关右端，开关左端通过导线连接电容式探测器(6)的b端；所述电源组(3)正极通过导线连接信号取样电阻(5)的上端，信号取样电阻(5)的下端通过导线连接电容式探测器(6)的a端；所述信号传感器(4)与信号取样电阻(5)并联；悬臂梁(1)在交流信号激励作用下产生受迫振动；振动时会产生声波(7)，声波(7)激励位于悬臂梁(1)下方的电容式探测器(6)，电容式探测器(6)的圆形石墨烯薄膜(17)在声波(7)的影响下产生振动效应，与圆形背部电极(16)之间的距离不断变化，在电源组(3)直流电压的影响下，回路中的电流也不断变化，电流变化的频率和悬臂梁(1)的振动频率相同；检测信号传感回路上电流的变化频率，得到了悬臂梁(1)的振动频率；回路中的电流可以表示为...

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯薄膜位移传感的振动测量装置，包括梁的静电激励振动装置、电容式探测器信号探测装置、振动信号传感装置三部分；所述梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述梁的静电激励振动装置由交流信号源(11)、静电驱动极板(10)、底板(13)、悬臂梁(1)、侧板(8)、驱动开关(12)和导线组成；所述静电驱动极板(10)固定在底板(13)上，位于悬臂梁(1)正上方，长度略短于悬臂梁(1)；所述悬臂梁(1)固定在侧板(8)上，左端固定右端自由，悬臂梁(1)上表面镀一层金金属层(9)，金金属层(9)的左端通过导线连接交流信号源(11)的左端，交流信号源(11)的右端通过导线连接驱动开关(12)的左端，驱动开关(12)的右端通过导线连接静电驱动极板(10)的右端；所述声波(7)由悬臂梁(1)振动产生，激励电容式探测器(6)的圆形石墨烯薄膜(17)振动；所述电容式探测器信号探测装置由圆形石墨烯薄膜(17)、圆形背部电极(16)、衬底(15)、支撑环块(14)和导线组成；所述衬底(15)位于电容式探测器(6)的下部；所述圆形背部电极(16)固结于衬底(15)上部，圆形背部电极(16)的直径与衬底(15)相同；所述支撑环块(14)固结圆形背部电极(16)，为绝缘材料；所述圆形石墨烯薄膜(17)置于支撑环块(14)之上，与支撑环...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘灿昌，万磊，孔维旭，刘文晓，李磊，周长城，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37