CN210221371U - 一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，包括封闭的外壳，外壳上部具有压力导入接口，外壳内具有弹性膜片，弹性膜片与外壳底部之间为测量区，该测量区内悬空固定有反射镜，反射镜的镜面上安装有分束镜，测量区内的外壳内壁上安装有激光器，激光器朝向分束镜，激光器底部设置有摄像头。与现有技术相比，本实用新型的一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，通过干涉条纹的位移反演弹性膜片的位移，从而计算出气体的压力，具有精度高，灵敏度高，结构简单，被测气体和测量装置隔离的优点。

Description

一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，属于压力检测技术领域。

背景技术

目前对压力的检测有压阻式压力传感、压电式压力传感器、扩散硅压力传感器等方法。局限性在于都是把压力转换成电信号，由于后续放大电路噪声及模数转换的分辨率，很难检测到1Pa以下的压力。市场需要一种能够精确测量微压力的装置，本实用新型解决这样的问题。

实用新型内容

针对当前压力传感器检测微压力精确度灵敏度不高等缺点，提出了一种基于迈克尔逊原理的微压力测量装置，本实用新型能提供高精度、高灵敏度的压力测量装置，具有结构简单，反应速度快的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，包括封闭的外壳，外壳上部具有压力导入接口，外壳内具有弹性膜片，所述弹性膜片与外壳底部之间为测量区，该测量区内悬空固定有反射镜，所述反射镜的镜面上安装有分束镜，测量区内的外壳内壁上安装有激光器，所述激光器朝向分束镜，所述外壳内底部设置有摄像头。

作为进一步的优选方案，所述外壳底部设置有微处理器。

作为进一步的优选方案，测量区内的外壳内壁上安装有温度传感器。

作为进一步的优选方案，所述分束镜内具有内平面透镜，内平面透镜的镜面与激光器发出的激光之间夹角为45°。

与现有技术相比，本实用新型的一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置的有益之处在于：通过干涉条纹的位移反演弹性膜片的位移，从而计算出气体的压力，具有精度高，灵敏度高，结构简单，被测气体和测量装置隔离的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构正视图；

图2是分束镜的结构正视图；

图3是本实用新型的电路示意框图；

其中，1-压力导入接口，2-弹性膜片，3-反射镜，4-温度传感器，5-激光器，6-分束镜，61-内平面透镜，7-摄像头，8-微处理器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型具体的介绍。

一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，包括：产生迈克尔逊干涉条纹的干涉装置、压力导入接口1、弹性膜片2、温度传感器4、摄像头7、微处理器8；其中，分束镜6内具有内平面透镜61，内平面透镜61不仅可以具有透光功能，也有反射光的效果，图2中的箭头为激光走向。

把待测气体导入压力导入接口时弹性膜片所发生的微形变，通过其下方的迈克尔逊干涉装置间接放大，利用OV7725摄像头和STM32处理器精确记录干涉条纹的位移量并计算成压力值。上述弹性膜片的反射面经过抛光处理，取得较高反射率。所述分束镜具有集成的反射及分光功能。所述温度传感器用于弹性膜片及光路等引起的温度误差补偿。

待测气体进入压力导入接口1，弹性膜片2在气体压力作用下产生微弱形变，同时导致干涉条纹发生位移，干涉条纹的位移量和弹性膜片2的形变量存在一定的线性关系，所以可以通过对干涉条纹位移的测量来反演气体压力。

迈克尔逊干涉组件包括激光器5、分束镜6、反射镜3、弹性膜片2的反射面。运行过程为：半导体激光头发出激光由分束镜6分为频率相等的两束激光，一束光经过分束镜6反射到弹性膜片2处再反射至摄像头7，另一束光经过反射镜3的反射再由分束镜6反射也至摄像头7处，经过对两束激光的微调，使两束振动方向相同频率相等的激光形成了干涉条纹，由摄像头7捕捉并发送至处理器处。当待测气体进入压力导入接口1使弹性膜片2形变，光路长度发生变化导致干涉条纹发生位移时，迈克尔逊干涉组件能将微小的弹性膜片2的位移转换成明显的干涉条纹的位移，之后由处理器对干涉条纹进行处理。装置外壳应选用硬度大的材料，能够有效避免装置受周围环境影响产生的震动对检测结果产生的误差，上述组建通过焊接或者螺丝固定。

一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置的压力测量方法，包括如下步骤：步骤1，假设干涉条纹的移动距离为m，两条相邻条纹之间的距离为M,激光波长为λ，那么弹性膜片2中心的实际位移(挠度)ω如下式：

式中N为干涉条纹变化数，C为常数修正值。

步骤2，气体对弹性膜片2施加均匀的载荷q₀，使弹性膜片2发生形变。此时弹性膜片2中心挠度可视为此时弹性膜片2的位移距离ω，如下式：

式中E为弹性膜片2的弹性模量，R为弹性膜片2的半径，t为弹性膜片2的厚度，μ为泊松系数。由此可知压力与干涉条纹的关系式为：

本实用新型采用的是迈克尔逊干涉原理，能够通过测量固定在压力导入接口的弹性膜片的微小位移来计算出微压力，对微位移的检测能精确到纳米级，再通过温度补偿减少误差，从而实现对微压力的精确测量

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (4)

1.一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，其特征在于：包括封闭的外壳，外壳上部具有压力导入接口（1），外壳内具有弹性膜片（2），所述弹性膜片（2）与外壳底部之间为测量区，该测量区内悬空固定有反射镜（3），所述反射镜（3）的镜面上安装有分束镜（6），测量区内的外壳内壁上安装有激光器（5），所述激光器（5）朝向分束镜（6），所述外壳内底部设置有摄像头（7）。

2.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，其特征在于：所述外壳底部设置有微处理器（8）。

3.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，其特征在于：测量区内的外壳内壁上安装有温度传感器（4）。

4.根据权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉原理的微压力测量装置，其特征在于：所述分束镜（6）内具有内平面透镜（61），内平面透镜（61）的镜面与激光器（5）发出的激光之间夹角为45°。

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