CN114894292B - 微小物体微振动测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微小物体微振动测量系统及方法，系统包括依次设置的红外激光测振仪、第一微孔遮光板、激振器、第二微孔遮光板和可见光激光器，其中，待测微结构样品固定在激振器上，红外激光测振仪、第一微孔遮光板的微孔、待测微结构样品、第二微孔遮光板的微孔和可见光激光器位于同一水平线。本发明通过让红外激光测振仪光路与可见光激光器光路重合的方式，通过观察微结构样品上的可见光，就可以确定红外激光测振仪的红外光是否落在微结构样品上，实现了对于微结构的精确定位及动态特性测试，解决了不可见光激光测振仪进行微结构测振时难以定位的问题，并排除了可见光的干扰。

Description

微小物体微振动测量系统及方法
技术领域
本发明涉及振动测量仪器技术领域，具体是一种微小物体微振动测量系统及方法。
背景技术
随着微机械加工，LIGA工艺，化学腐蚀等微制造技术的发展，越来越多的微传感器、微型构件、微机械光学器件、微执行器等微器件被研制出来，微结构的机械特性尤其是动态特性对系统的可靠性影响很大，且微结构动态特性测试对其性能、设计、仿真及制造等方面均具有重要的意义。
同时，通过研究自然界中的微结构（动、植物细胞，真菌细胞，细菌，病毒等）的振动特性有助于我们理解自然界的规律，并且帮助我们更好地进行仿生设计。例如通过研究动物耳蜗中的静纤毛或植物的表皮毛的振动特性了解动物或植物对声音的响应。
传统的接触式测量方法不适用于微结构的动态特性测量, 由于光学测量的非接触无损特性, 因此非常适合微结构动态特性的测量，并且具有无接触、精度高、频带宽，安装方便等优点。
但是现有的激光多普勒测振仪的激光普遍在不可见的红外波段，在对微小结构进行测振时难以准确定位，而如果在测振仪内部使用同轴可见光进行定位可能会对信号产生干扰，并且会使测振仪结构更加复杂，因此需要一种具有可靠光路定位的微结构测振系统。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种微小物体微振动测量系统及方法，可以对测振位置精确定位，实现对微结构样品的振动特性测量。
本发明提供了一种微小物体微振动测量系统，包括依次设置的红外激光测振仪、第一微孔遮光板、激振器、第二微孔遮光板和可见光激光器，其中，待测微结构样品固定在激振器上，红外激光测振仪、第一微孔遮光板的微孔、待测微结构样品、第二微孔遮光板的微孔和可见光激光器位于同一水平线。
进一步改进，所述第一微孔遮光板和第二微孔遮光板上的微孔直径为0.001-10mm，孔周围的板材为遮光材料。
进一步改进，所述激振器和可见光激光器下方分别设置有三轴位移平台，所述三轴位移平台位移精度为0.001 mm。
进一步改进，所述激光多普勒测振仪测试精度为10 nm，采样频率50 kHz，最小光斑直径0.02 mm，所述压电陶瓷激振器产生0-0.1mm振幅，0-40 kHz的振动激励。
本发明还提供了一种微小物体微振动测量方法，包括以下步骤：
1）光路校对，设置两块微孔遮光板，使可见光激光器发出的可见光穿过两块微孔遮光板的微孔；
2）调节红外激光测振仪的位置，使红外激光测振仪发出的红外穿过两块微孔遮光板上的微孔；
3）将待测微结构样品固定在激振器上，调节待测微结构样品位置，直到在显微镜下观察到可见激光照在待测微结构样品待测点上；
4）开启激振器及激光测振仪测试待测微结构的动态特性。
步骤2）中所述的调节红外激光测振仪的位置过程中，将红外激光测振仪放置在第一微孔遮光板左侧，在第二微孔遮光板右侧放置激光倍频观察卡，调节红外激光测振仪的位置使激光倍频观察卡上观察到红外光并且光点亮度最大，此时红外激光测振仪光路与可见光激光器光路重合。
本发明有益效果在于：通过让红外激光测振仪光路与可见光激光器光路重合的方式，通过观察微结构样品上的可见光，就可以确定红外激光测振仪的红外光是否落在微结构样品上，实现了对于微结构的精确定位及动态特性测试，解决了不可见光激光测振仪进行微结构测振时难以定位的问题，并排除了可见光的干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为微小物体微振动测量系统结构示意图。
图2为微小物体微振动测量系统一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种微小物体微振动测量系统，如图1所示，包括依次设置的红外激光测振仪、第一微孔遮光板、激振器、第二微孔遮光板和可见光激光器，其中，待测微结构样品固定在激振器上，红外激光测振仪、第一微孔遮光板的微孔、待测微结构样品、第二微孔遮光板的微孔和可见光激光器位于同一水平线。
本发明一种具体实施方式如图2所示，所述激光多普勒测振仪测试精度为10 nm，采样频率50 kHz，最小光斑直径0.02 mm，通过螺栓与支架相连，支架可调节三向位移；微孔遮光板1、2上有能使光通过的孔，孔直径为0.025 mm，孔周围不透光；压电陶瓷激振器可产生0-0.1 mm振幅，0-40 kHz的振动激励；三轴位移平台1、2可实现三向位移，精度为0.001mm。
所述微振动测量系统安装在隔振光学平台上，红外激光测振仪与支架通过螺栓进行连接，微结构样品粘接在压电陶瓷激振器上，压电陶瓷激振器通过螺栓及螺母固定在第一三轴位移平台上，可见光激光器通过螺栓及螺母固定在第二三轴位移平台上，两块微孔遮光板通过横向的亚克力板相连并与第二三轴位移平台连接。
所述红外激光测振仪与第一微孔遮光板相距15 cm，微结构样品与两块微孔遮光板各相距5 cm，第二微孔遮光板与可见光激光器相距15 cm。
所述微振动测量系统使用时先调整好可见光激光器与两块微孔遮光板的位置，使可见光激光器的激光同时通过两块微孔遮光板，再使用亚克力板固定；调整支架位置，使红外测振仪激光能在第二微孔遮光板右侧的红外检测板被激光倍频观察卡检测到，且光点亮度最大，此时红外激光测振仪光路与可见光激光器光路重合；将微结构样品粘接在激振器上，再与第一三轴位移平台相连，调节第一三轴位移平台，直到在显微镜下观察到可见激光照在微结构样品（例如，植物表皮毛细胞）待测点上，调整完成开启激振器及激光测振仪便可测试待测微结构的动态特性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种微小物体微振动测量系统，其特征在于：包括依次设置的红外激光测振仪、第一微孔遮光板、激振器、第二微孔遮光板和可见光激光器，其中，待测微结构样品固定在激振器上，红外激光测振仪、第一微孔遮光板的微孔、待测微结构样品、第二微孔遮光板的微孔和可见光激光器位于同一水平线。
2.根据权利要求1所述的微小物体微振动测量系统，其特征在于：所述第一微孔遮光板和第二微孔遮光板上的微孔直径为0.001-10 mm，孔周围的板材为遮光材料。
3.根据权利要求1所述的微小物体微振动测量系统，其特征在于：所述激振器和可见光激光器下方分别设置有三轴位移平台。
4.根据权利要求3所述的微小物体微振动测量系统，其特征在于：所述三轴位移平台位移精度为0.001 mm。
5.根据权利要求1所述的微小物体微振动测量系统，其特征在于：所述红外激光测振仪测试精度为10 nm，采样频率50 kHz，最小光斑直径0.02 mm，所述激振器产生0-0.1mm振幅，0-40 kHz的振动激励。
6.一种权利要求1-5中任意一项所述微小物体微振动测量系统的微小物体微振动测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1）光路校对，设置两块微孔遮光板，使可见光激光器发出的可见光穿过两块微孔遮光板的微孔；
2）调节红外激光测振仪的位置，使红外激光测振仪发出的红外穿过两块微孔遮光板上的微孔；
3）将待测微结构样品固定在激振器上，调节待测微结构样品位置，直到在显微镜下观察到可见激光照在待测微结构样品待测点上；
4）开启激振器及红外激光测振仪测试待测微结构的动态特性。
7.根据权利要求6所述的微小物体微振动测量方法，其特征在于：步骤2）中所述的调节红外激光测振仪的位置过程中，将红外激光测振仪放置在第一微孔遮光板左侧，在第二微孔遮光板右侧放置激光倍频观察卡，调节红外激光测振仪的位置使激光倍频观察卡上观察到红外光并且光点亮度最大，此时红外激光测振仪光路与可见光激光器光路重合。
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