一种高灵敏度位移检测方法及位移传感器技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度位移检测方法，包括如下步骤：建立位移传感器中谐振器在模态A与模态B耦合时模态A的振动位移模型；激发谐振器的模态A与模态B，并使模态A与模态B耦合，获取当前模态B的第一频率；通过谐振器的模态A来敏感外部的位移信息，使模态B的谐振频率发生偏移，并获取当前模态B的第二频率；基于第一频率与第二频率得到模态B的频率变化量，得到模态A的位移量。本发明专利技术应用于位移检测领域，利用模态耦合效应的机理，利用一个模态对另一个模态振动响应的影响规律，通过检测模态的频率偏移量来实现对耦合模态振动位移的高灵敏度检测，对探索和研发高灵敏度的微小位移检测技术有着重要的意义。术有着重要的意义。术有着重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度位移检测方法及位移传感器


[0001]本专利技术涉及位移检测
，具体是一种高灵敏度位移检测方法及位移传感器。

技术介绍

[0002]位移检测是传感器应用场景的一个重要分支类别，在科学研究和生产生活中发挥着重要的作用。随着科技的进步和工业生产的发展，对高灵敏度的微小位移检测技术提出了更高的要求。传统的位移检测技术主要包括光电位移探测、压电式检测、电容式检测、应变式检测、全息光学检测等多种方式。
[0003]现有技术中的位移传感器在应用到微小位移检测时，可以根据其工作特点分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量精度高，但会对被测元件的运动产生干扰，带来测量误差，同时受制于加工精度，一般只能应用于相对较大尺度下的微小位移检测。而现有的非接触测量方式测量避免了接触式测量带来的干扰性误差，适用于微纳尺度领域的微小位移检测，但是在灵敏度和稳定性方面仍需要进一步提升。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种高灵敏度位移检测方法及位移传感器，利用模态耦合效应的机理，利用一个模态对另一个模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度位移检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立位移传感器中谐振器在模态A与模态B耦合时模态A的振动位移模型，为：式中，x
A
为模态A的位移量，m
B
、ω
B
、γ
B
、F
B
分别为模态B的等效质量、本征频率、阻尼系数、驱动力幅值，κ
B
为模态B的三阶刚度非线性耦合系数，σ
B
为模态B的频率变化量；步骤2，激发谐振器的模态A与模态B，并使模态A与模态B耦合，获取当前模态B的谐振频率，定义为第一频率；步骤3，通过谐振器的模态A来敏感外部的位移信息，使模态B的谐振频率发生偏移，并获取当前模态B的谐振频率，定义为第二频率；步骤4，基于第一频率与第二频率得到模态B的频率变化量，并基于模态A的振动位移模型以及模态B的频率变化量得到模态A的位移量。2.根据权利要求1所述高灵敏度位移检测方法，其特征在于，步骤1中，振动位移模型的构建过程具体为：建立谐振器两个模态存在耦合且同时被激励时的非线性动力学模型，为：式中，x
B
为模态B的位移量，m
A
、ω
A
、γ
A
、F
A
分别为模态A的等效质量、本征频率、阻尼系数、驱动力幅值，κ
A
为模态A的三阶刚度非线性耦合系数，α
A
、α
B
为模态A、模态B的一阶刚度非线性耦合系数，β
A
、β
B
为模态A、模态B的二阶刚度非线性耦合系数，ω
dA
、ω
dB
为模态A、模态B的角频率，t为时间；利用旋波近似的方法对非线性动力学模型求解，得到处于稳态响应时模态A与模态B的响应关系，为：式中，σ
A
为模态A的频率变化量，其中，σ
B
＝(ω
dB
‑
ω
B
)/γ
B
，σ
A
＝(ω
dA
‑
ω
A
)/γ
A
；以模态B为观察对象，并在闭环控制下使模态B处于谐振状态，使模态B的位移满足|x
B
|＝F
B
/m
B
ω
B
γ

【专利技术属性】
技术研发人员：李青松，路阔，肖定邦，吴学忠，席翔，张勇猛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：