一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106940387A(43)申请公布日2017.07.11(21)申请号201710229546.8(22)申请日2017.04.10(71)申请人三峡大学地址443002湖北省宜昌市大学路8号(72)发明人罗志会陈思王凤钧陈小刚潘礼庆杨先卫肖焱山王习东(74)专利代理机构宜昌市三峡专利事务所42103代理人吴思高(51)Int.Cl.G01P15/093(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器(57)摘要一种光纤迈克尔逊干涉式加速度传感器，包括筒体、上限位销、第一准直器、光耦合器、下限位销、质量块、第二准直器、环形磁体；光隔离器、激光光源、光电探测器和相位解调电路。本发明将质量块设计成迈克尔逊干涉仪自由空间光路的一部分，利用静磁排磁通效应将质量块置于悬浮状态，将外界加速度变化转化为质量块的微小位移，再通过差分式光纤迈克尔逊干涉装置检测质量块位移引起的相位变化，实时解调传感器的加速度变化。该传感器采用磁悬浮方式规避机械阻尼的影响，引入双反射法拉第旋光结构消除偏正衰落的影响，具有灵敏度高，稳定性好，体积小，制作简单等优点，具有较好的应用前景。CN106940387ACN106940387A权利要求书1/1页1.一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器,其特征在于：包括筒体(1)、上限位销(2)、第一准直器(3)、光耦合器(4)、下限位销(5)、质量块(6)、第二准直器(7)、环形磁体(8)；筒体(1)正上方固定安装第一准直器(3)，正下方固定安装第二准直器(7)，质量块(6)悬浮于筒体(1)的内部，与第一准直器(3)、第二准直器(7)具有相等的距离。质量块(6)用于调整加速度传感器的灵敏度和谐振频率，反射来自第一准直器(3)、第二准直器(7)入射光，并使光的偏振态顺时针旋转90°。第一准直器(3)、第二准直器(7)连接光耦合器(4)，光耦合器(4)、第一准直器(3)、质量块(6)的上反射面以及两者之间的自由空间光路，构成第一迈克尔逊干涉臂；光耦合器(4)、第二准直器(7)、质量块(6)的下反射面以及两者之间的自由空间光路，构成第二迈克尔逊干涉臂。筒体(1)内设有环形磁体(8)，环形磁体(8)用于产生静态磁场，利用排磁通效应使质量块(6)处于悬浮态。筒体(1)上设有上限位销(2)，用于限制质量块(6)向上运动的最大行程，筒体(1)上设有下限位销(5)，用于限制质量块(6)向下运动的最大行程。2.根据权利要求1所述一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器,其特征在于：所述质量块(6)由磁环(601)、第一法拉第旋光镜(602)、第二法拉第旋光镜(603)构成，所述法拉第旋光镜两侧面分别镀高反膜和增透膜，第一法拉第旋光镜(602)高反膜面与第二法拉第旋光镜(603)高反膜面叠装，再点胶固化在磁环(601)内。3.根据权利要求3所述一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器,其特征在于：所述磁环(601)产生饱和磁场，保证法拉第旋光镜产生磁光效应，将入射并反射的光偏振态旋转90°，并与环形磁体(8)产生排磁通效应，使所述质量块(6)处于一维的自由悬浮状态。4.根据权利要求1所述一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器,其特征在于：所述光耦合器(4)连接光隔离器(9)，光隔离器(9)连接激光光源(10)；光耦合器(4)连接光电探测器(11)，光电探测器(11)连接相位解调电路(12)。5.采用如权利要求1～4所述任意一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器的加速度测量方法，其特征在于：激光光源(10)的连续光信号经过光隔离器(9)后进入光耦合器(4)，被分成功率相等的两束光分别进入第一迈克尔逊干涉臂、第二迈克尔逊干涉臂，当加速度传感器的环境加速度恒定时，静磁作用力使得质量块(6)处于磁悬浮状态，调节质量块(6)的配重，使处于中间位置的平衡状态，干涉仪的两臂长相等，相位差恒定。当环境加速度变化时，质量块(6)在上限位销(2)和下限位销(5)的范围内起振，质量块(6)与两个准直器之间的距离发生变化，干涉仪的第一迈克尔逊干涉臂、第二迈克尔逊干涉臂反向差动变化，经过光电探测器(11)探测后，采用3*3耦合器解调法或者PGC解调法实时解调传感系统的相位变化，即可获得质量块(6)的加速度。6.采用如权利要求1～5所述任意一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器的加速度测量方法，其特征在于：加速度引起质量块(6)的位移△x改变，进而产生的相差△φ为：其中，λ为激光光源的中心波长。2CN106940387A说明书1/4页一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器技术领域[0001]本发明涉及加速度传感器，具体而言是一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器。背景技术[00