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专利号: 2018103298608
申请人: 山东理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-10-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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 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。