一种光学位移阈值传感器、光学位移阈值检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光学位移阈值传感器、光学位移阈值检测方法及系统。光学位移阈值检测方法包括：获取外置反射镜与激光器之间的当前距离、所述激光器发射的总功率以及光电二极管的半径；按照移动距离阈值移动所述外置反射镜，获取所述外置反射镜与所述激光器之间的第一变换距离；根据所述半径确定所述光电二极管接收到的激光面积；根据所述总功率确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强；根据所述激光面积以及所述一束激光的光强确定激光总光强；根据所述激光总光强确定光学位移阈值；所述光学位移阈值为光学位移极大值。采用本发明专利技术所提供的光学位移阈值传感器、光学位移阈值检测方法及系统能够提高光学位移阈值的检测精度。

Optical displacement threshold sensor, optical displacement threshold detection method and system

The invention discloses an optical displacement threshold sensor, an optical displacement threshold detection method and a system. The optical displacement threshold detection method includes: acquiring the current distance between the external mirror and the laser, the total power emitted by the laser and the radius of the photodiode; moving the external mirror according to the moving distance threshold to obtain the first transform distance between the external mirror and the laser; The radius determines the laser area received by the photodiode; determines the light intensity of a laser received by the photodiode according to the total power; determines the total laser intensity according to the laser area and the light intensity of the laser; determines the optical displacement threshold according to the total laser intensity; and the optics. The displacement threshold is the maximum of optical displacement. The optical displacement threshold sensor, the optical displacement threshold detection method and the system provided by the invention can improve the detection accuracy of the optical displacement threshold.

【技术实现步骤摘要】
一种光学位移阈值传感器、光学位移阈值检测方法及系统
本专利技术涉及光学位移检测领域，特别是涉及一种光学位移阈值传感器、光学位移阈值检测方法及系统。
技术介绍
微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)执行器是将电信号转化为微动作或微操作的MEMS器件。典型的MEMS执行器包括：微电动机、微开关、微夹钳等；光MEMS器件中的数字微镜和各种微光学开关；RFMEMS器件中的RF微开关等。MEMS执行器可实现多轴运动，包括振动、平移等，可以应用于MEMS小型器件定位、移动。这些运动的定位精度是影响器件性能的关键参数，甚至决定了器件甚至系统是否还能正常工作。由于结构或者材料的性能受外界环境影响后会发生改变，如外界环境温度、残余应力导致的结构变化、材料或结构的非线性和蠕变等，将导致MEMS执行器的定位精度大幅下降。解决这个问题最根本的方法是加入位移检测和反馈控制：反馈控制系统又称为闭环控制系统，根据微纳平台输出变化的信息来进行控制，即通过比较输出与期望运动之间的偏差，并消除偏差以获得预期的微振动输出，因此，要对MEMS微执行器进行反馈控制，必须对其位置状态信息进行监测。目前MEMS执行器的反馈检测中常用的方法是在MEMS内集成微传感器或在外部用高精度设备对执行器位移进行检测。高精度的位移检测设备，如采用独立式的电容传感器、激光干涉仪或者激光多普勒测振仪等。这类分立的传感器或设备可以具有纳米或者亚纳米级的高精度检测精度，能满足MEMS的反馈控制精度要求，缺点是体积较大，而MEMS的应用环境的空间大小非常有限，因此这类传感器或者设备几乎无法集成到MEMS中，大多仅用于系统标定；针对上述传感器体积大的问题，又提出在MEMS内部集成微传感器，比如电容式、压电式、压阻式或者光电式传感器，这类传感器本身非常微小，但缺点是也具有MEMS的特点，信号微弱，受到温度等外界因素的影响较大。比如微电容位移传感器，由于电容面积非常小，电容值在pF量级，模拟量检测信号的噪声可以在20％～30％的水平，即使完成电路优化，这类传感器的检测精度大多只能到0.1％～1％，无法满足更高精度位移传感器的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光学位移阈值传感器、光学位移阈值检测方法及系统，以解决现有技术中光学位移阈值传感器受外界因素影响大且光学位移阈值测量精度低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种光学位移阈值传感器，包括：激光器、光电二极管、外置反射镜、内置反射镜、玻璃罩、电极、基板以及测试电路板；所述激光器与所述光电二极管设于所述电极的上表面，所述激光器、所述光电二极管分别与所述电极电连接；所述电极的下表面设有所述基板，且所述基板的上表面大于所述电极的下表面；所述基板的下表面设有测试电路板，且所述测试电路板的上表面大于所述基板的下表面；所述测试电路板用于为所述激光器与所述光电二极管供电以及对所述光电二极管接收到的激光信号进行处理；所述玻璃罩罩设于所述基板上，且所述玻璃罩的上表面设有所述内置反射镜；所述玻璃罩内设有所述激光器、所述光电二极管以及所述电极；所述外置反射镜设于所述内置反射镜的上方且所述外置反射镜与所述内置反射镜之间具有移动距离阈值，所述外置反射镜可沿上下方向移动，移动所述外置反射镜，根据所述光电二极管接收到的激光信号确定光学位移阈值点；所述光学位移阈值点为光学位移极大值点。可选的，所述激光器与所述光电二极管通过高温方式键合在所述电极上；所述基板的材料为硅片或二氧化硅片。一种光学位移阈值检测方法，所述检测方法应用于权利要求1-2任一项所述的光学位移阈值传感器，所述检测方法包括：获取外置反射镜与激光器之间的当前距离、所述激光器发射的总功率以及光电二极管的半径；按照移动距离阈值移动所述外置反射镜，获取所述外置反射镜与所述激光器之间的第一变换距离；根据所述半径确定所述光电二极管接收到的激光面积；所述激光面积包括在所述当前距离下所述光电二极管接收到的第一激光面积以及在所述第一变换距离下所述光电二极管接收到的第二激光面积；根据所述总功率确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强；所述一束激光为所述外置反射镜反射的多束激光之一；所述一束激光的光强包括在所述当前距离下的第一光强以及在所述第一变换距离下的第二光强；根据所述激光面积以及所述一束激光的光强确定激光总光强；所述激光总光强包括所述当前距离下所述光电二极管接收到的激光的第一激光总强度以及所述第一变换距离下所述光电二极管接收到的激光的第二激光总强度；根据所述激光总光强确定光学位移阈值；所述光学位移阈值为光学位移极大值。可选的，所述根据所述半径确定所述光电二极管接收到的激光面积，具体包括：根据公式确定所述光电二极管接收到的激光面积；其中，S为所述光电二极管接收激光的面积；z为外置反射镜直角坐标系下的坐标；r0为所述光电二极管的半径；h0为PD中心到光轴的距离；h2为光斑下边沿到光轴的距离。可选的，所述根据所述总功率确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强，具体包括：根据公式确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强；其中，(x，y，z)为外置反射镜直角坐标系下的坐标；I为激光在坐标(x,y,z)的光强；P为激光发射的总功率；w(z)为光斑在发射路径z光程后的半径。可选的，所述根据所述激光总光强确定光学位移阈值，具体包括：判断所述第一激光总光强是否小于所述第二激光总光强，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示为所述第一激光总光强小于所述第二激光总光强，在所述第一变换距离的基础上，再次按照移动距离阈值移动所述外置反射镜，获取所述外置反射镜与所述激光器之间的第二变换距离；若所述第二判断结果表示为所述第一激光总光强不小于所述第二激光总光强，确定所述外置反射镜移动的总距离为光学位移阈值。一种光学位移阈值检测系统，包括：参数获取模块，用于获取外置反射镜与激光器之间的当前距离、所述激光器发射的总功率以及光电二极管的半径；第一变换距离获取模块，用于按照移动距离阈值移动所述外置反射镜，获取所述外置反射镜与所述激光器之间的第一变换距离；激光面积确定模块，用于根据所述半径确定所述光电二极管接收到的激光面积；所述激光面积包括在所述当前距离下所述光电二极管接收到的第一激光面积以及在所述第一变换距离下所述光电二极管接收到的第二激光面积；一束激光的光强确定模块，用于根据所述总功率确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强；所述一束激光为所述外置反射镜反射的多束激光之一；所述一束激光的光强包括在所述当前距离下的第一光强以及在所述第一变换距离下的第二光强；激光总光强确定模块，用于根据所述激光面积以及所述一束激光的光强确定激光总光强；所述激光总光强包括所述当前距离下所述光电二极管接收到的激光的第一激光总强度以及所述第一变换距离下所述光电二极管接收到的激光的第二激光总强度；光学位移阈值确定模块，用于根据所述激光总光强确定光学位移阈值；所述光学位移阈值为光学位移极大值。可选的，所述激光面积确定模块具体包括：激光面积确定单元，用于根据公式确定所述光电二极管接收到的激光面积；其中，S为所述光电二极管接收激光的面积；z为外置反射镜直角坐标系下的坐标；r0为所述光电二极管的半径；h0为PD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学位移阈值传感器，其特征在于，包括：激光器、光电二极管、外置反射镜、内置反射镜、玻璃罩、电极、基板以及测试电路板；所述激光器与所述光电二极管设于所述电极的上表面，所述激光器、所述光电二极管分别与所述电极电连接；所述电极的下表面设有所述基板，且所述基板的上表面大于所述电极的下表面；所述基板的下表面设有测试电路板，且所述测试电路板的上表面大于所述基板的下表面；所述测试电路板用于为所述激光器与所述光电二极管供电以及对所述光电二极管接收到的激光信号进行处理；所述玻璃罩罩设于所述基板上，且所述玻璃罩的上表面设有所述内置反射镜；所述玻璃罩内设有所述激光器、所述光电二极管以及所述电极；所述外置反射镜设于所述内置反射镜的上方且所述外置反射镜与所述内置反射镜之间具有移动距离阈值，所述外置反射镜可沿上下方向移动，移动所述外置反射镜，根据所述光电二极管接收到的激光信号确定光学位移阈值点；所述光学位移阈值点为光学位移极大值点。

【技术特征摘要】
1.一种光学位移阈值传感器，其特征在于，包括：激光器、光电二极管、外置反射镜、内置反射镜、玻璃罩、电极、基板以及测试电路板；所述激光器与所述光电二极管设于所述电极的上表面，所述激光器、所述光电二极管分别与所述电极电连接；所述电极的下表面设有所述基板，且所述基板的上表面大于所述电极的下表面；所述基板的下表面设有测试电路板，且所述测试电路板的上表面大于所述基板的下表面；所述测试电路板用于为所述激光器与所述光电二极管供电以及对所述光电二极管接收到的激光信号进行处理；所述玻璃罩罩设于所述基板上，且所述玻璃罩的上表面设有所述内置反射镜；所述玻璃罩内设有所述激光器、所述光电二极管以及所述电极；所述外置反射镜设于所述内置反射镜的上方且所述外置反射镜与所述内置反射镜之间具有移动距离阈值，所述外置反射镜可沿上下方向移动，移动所述外置反射镜，根据所述光电二极管接收到的激光信号确定光学位移阈值点；所述光学位移阈值点为光学位移极大值点。2.根据权利要求1所述的光学位移阈值传感器，其特征在于，所述激光器与所述光电二极管通过高温方式键合在所述电极上；所述基板的材料为硅片或二氧化硅片。3.一种光学位移阈值检测方法，其特征在于，所述检测方法应用于权利要求1-2任一项所述的光学位移阈值传感器，所述检测方法包括：获取外置反射镜与激光器之间的当前距离、所述激光器发射的总功率以及光电二极管的半径；按照移动距离阈值移动所述外置反射镜，获取所述外置反射镜与所述激光器之间的第一变换距离；根据所述半径确定所述光电二极管接收到的激光面积；所述激光面积包括在所述当前距离下所述光电二极管接收到的第一激光面积以及在所述第一变换距离下所述光电二极管接收到的第二激光面积；根据所述总功率确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强；所述一束激光为所述外置反射镜反射的多束激光之一；所述一束激光的光强包括在所述当前距离下的第一光强以及在所述第一变换距离下的第二光强；根据所述激光面积以及所述一束激光的光强确定激光总光强；所述激光总光强包括所述当前距离下所述光电二极管接收到的激光的第一激光总强度以及所述第一变换距离下所述光电二极管接收到的激光的第二激光总强度；根据所述激光总光强确定光学位移阈值；所述光学位移阈值为光学位移极大值。4.根据权利要求3所述的光学位移阈值检测方法，其特征在于，所述根据所述半径确定所述光电二极管接收到的激光面积，具体包括：根据公式确定所述光电二极管接收到的激光面积；其中，S为所述光电二极管接收激光的面积；z为外置反射镜直角坐标系下的坐标；r0为所述光电二极管的半径；h0为PD中心到光轴的距离；h2为光斑下边沿到光轴的距离。5.根据权利要求3所述的光学位移阈值检测方法，其特征在于，所述根据所述总功率确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强，具体包括：根据公式确定所述光电二极管接收到的一束激光的光强；其中，(x，y，z)为外置反射镜直角坐标系下的坐标；I为激光在坐标(x，y，z)的光强；P为激光发射的总功率；w(z)为光斑在发射路径z光程后的半径。6.根据权利要求3所述的光学位移阈值检测方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泉丰，杜亦佳，代刚，李小石，王艺程，陈余，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51