在 輸入加速度計變化時，該區(qū)域上下移動，引起腔長的變化。
[0031] 如圖3所示為本發(fā)明一種干涉型光纖加速度計探頭的內(nèi)視圖，如圖所示由光纖頭 10與反射鏡5組成干涉腔，其中腔長d為400-800um，光源信號傳入光纖加速度計探頭后在 干涉腔內(nèi)發(fā)生雙光束干涉。
[0032] 如圖4為本發(fā)明一種干涉型光纖加速度計探頭的彈性膜片結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知 彈性膜片7采用不銹鋼材料，彈性膜片厚度為80-120um，表面利用激光刻蝕的方式加工有 兩圈花瓣狀分布的弧形陣列，使其成為雙漸開線式彈簧膜片結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是軸向可變位移 量大，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的量程和較高的靈敏度。
[0033] 如圖5為本發(fā)明種干涉型光纖加速度計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示干涉型光纖加速 度計系統(tǒng)包括寬譜光源11、輸入光纖12、2X 1耦合器13、傳輸光纖14、加速度計探頭15、輸 出光纖16、光譜檢測模塊17和信號采集與處理系統(tǒng)18。
[0034] 來自寬譜光源11發(fā)出的光信號經(jīng)輸入光纖12傳輸至2X 1耦合器13,由2X 1耦 合器13將收到的光信號分成強度相等的兩束光信號，其中一束光信號放棄，另一束光信號 經(jīng)傳輸光纖14傳輸至光纖加速度計探頭15,光纖頭10端面和反射鏡5平行位于光纖加速 度計探頭15的內(nèi)部，傳輸至光纖加速度計探頭15的光信號先經(jīng)過光纖頭10,得到一路反 射光信號和一路透射光信號，透射的光信號經(jīng)過反射鏡得到另一路反射光信號，兩路反射 信號發(fā)生雙光束干涉，干涉光信號再經(jīng)傳輸光纖14傳輸至2X 1耦合器13,由2X 1耦合器 13將收到的干涉光信號分成強度相等的兩束光信號，其中一束光信號返回光源，另一束光 信號經(jīng)輸出光纖16進入光譜檢測模塊17,光譜檢測模塊17由衍射光柵和光電探測器陣列 組成，衍射光柵在空間上將干涉信號展開，并由光電探測器陣列將光信號轉(zhuǎn)換為電信號， 獲得白光干涉光譜，發(fā)送給信號采集與處理系統(tǒng)18,信號采集與處理系統(tǒng)18包括FPGA、A/ D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字信號處理器DSP，由FPGA控制A/D轉(zhuǎn)換器對白光干涉光譜信號進行模數(shù) 轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過FPGA的預處理后傳送給數(shù)字信號處理器DSP，根據(jù)譜峰級次的變化測出干涉 腔長值，再根據(jù)預先標定的腔長-加速度對應關(guān)系解調(diào)出待側(cè)加速度的值。其中干涉光譜 中一個特定干涉級次m的譜峰對應的波長A ni，和腔長d之間的關(guān)系為：
[0035]
[0036] 其中識0.為初相位，即來自光反射時的相移和反射光親合進光纖時產(chǎn)生的相位變 化；n為光纖端面與反射鏡之間的空氣折射率；A ni為特定干涉級次m的譜峰對應的波長；d 為腔長。
[0037] 本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種干涉型光纖加速度計探頭，其特征在于：干涉型光纖加速度計探頭包括外殼 (1)、壓板（2)、固定底座（3)、光纖夾具（4)、反射鏡（5)、上質(zhì)量塊（6)、彈性膜片（7)，下質(zhì) 量塊（8)、配重金屬塊（9)和光纖頭（10);其中上質(zhì)量塊（6)和下質(zhì)量塊（8)開有固定槽， 對稱的固定在彈性膜片（7)兩側(cè)，反射鏡（5)固定在上質(zhì)量塊(6)的固定槽內(nèi)，配重金屬塊 (9) 固定在下質(zhì)量塊（8)的固定槽內(nèi)，壓板（2)放在彈性膜片（7)上，與固定底座（3)連接； 外殼（1)與固定底座（3)連接把上質(zhì)量塊（6)、下質(zhì)量塊（8)、彈性膜片（7)、壓板（2)密封 其中，光纖夾具（4)固定在外殼（1)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型光纖加速度計探頭，其特征在于：干涉型光纖加 速度計探頭采用外腔式法布里-珀羅干涉儀作為敏感元件。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型光纖加速度計探頭，其特征在于：所述光纖頭 (10) 為跳線插頭，表面為氧化鋯陶瓷材料，光纖頭（10)固定在光纖夾具⑷內(nèi)，并通過 光纖夾具（4)中心通孔進入外殼（1)，光纖頭（10)與反射鏡（5)組成干涉腔，腔長（d)為 400-800um〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型光纖加速度計探頭，其特征在于：所述彈性膜片 (7)采用激光刻蝕的方式加工兩圈花瓣狀分布的弧形陣列，彈性膜片（7)厚度為80-120um。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干涉型光纖加速度計探頭，其特征在于：反射鏡（5)表 面鍍銀，反射率為95 % -99 %。6. -種干涉型光纖加速度計系統(tǒng)，其特征在于：包含權(quán)利要求1所述的干涉型光纖加 速度計探頭（15)，還包括寬譜光源（11)、輸入光纖（12)、2X1耦合器（13)、傳輸光纖（14)、 輸出光纖（16)、光譜檢測模塊（17)和信號采集與處理系統(tǒng)（18); 寬譜光源（11):發(fā)出光信號并將光信號傳輸至2X1親合器（13); 2X1耦合器（13):接收來自寬譜光源（11)的光信號并進行耦合處理，將其中一路光信 號傳輸至光纖加速度計探頭（15);接收來自光纖加速度計探頭（15)的雙光束干涉信號并 進行耦合處理，將其中一路雙光束干涉光信號傳輸至光譜檢測模塊（17); 光譜檢測模塊（17):其衍射光柵在空間上將來自2X1耦合器（13)的雙光束干涉信號 展開，并由光電探測器陣列將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，獲得白光干涉光譜信號，發(fā)送給信號采 集與處理系統(tǒng)（18); 信號采集與處理系統(tǒng)（18):包括FPGA、A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字信號處理器DSP，F(xiàn)PGA控制 A/D轉(zhuǎn)換器對白光干涉光譜信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過FPGA的預處理后傳送給數(shù)字信號處理 器DSP，根據(jù)譜峰級次的變化測出干涉腔長值，通過預先標定的腔長-加速度對應關(guān)系解調(diào) 出待側(cè)加速度的值； 干涉型光纖加速度計探頭（15):接收由2X1耦合器（13)發(fā)出的耦合處理后的光信 號，并進行雙光束干涉處理，將得到的雙光束干涉信號返回至2X 1耦合器（13)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種干涉型光纖加速度計系統(tǒng)，其特征在于還包括輸入光纖 (12) 、傳輸光纖（14)和輸出光纖（16);來自寬譜光源（11)發(fā)出的光信號經(jīng)輸入光纖（12) 傳輸至2X1耦合器（13)，光信號經(jīng)耦合處理后通過傳輸光纖（14)傳輸至光纖加速度計探 頭（15)進行雙光束干涉處理，獲得的雙光束干涉信號經(jīng)傳輸光纖（14)傳輸至2X1耦合器 (13) ;經(jīng)2X1耦合器（13)耦合處理后的雙光束干涉信號經(jīng)輸出光纖（16)傳輸至光譜檢測 模塊（17)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種干涉型光纖加速度計系統(tǒng)，其特征在于，所述干涉型光 纖加速度計探頭（15)進行雙光束干涉處理的具體方法為：光纖頭（10)端面和反射鏡（5) 平行位于光纖加速度計探頭（15)的內(nèi)部，來自寬譜光源（11)發(fā)出的光信號傳輸至光纖加 速度計探頭（15)先經(jīng)過光纖頭（10)，得到一路反射光信號和一路透射光信號，透射光信號 經(jīng)過反射鏡得到另一路反射光信號，兩路反射信號發(fā)生雙光束干涉，形成雙光束干涉信號。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種干涉型光纖加速度計探頭及光纖加速度計系統(tǒng)，光纖加速度計探頭利用外腔式法布里-珀羅干涉儀作為敏感元件，包括外殼、質(zhì)量塊、壓板、固定底座、彈性膜片、反射鏡、配重金屬塊、光纖頭。光纖加速度計系統(tǒng)包括寬譜光源、光纖、2×1耦合器、光纖加速度計探頭，光譜檢測模塊，信號采集與處理系統(tǒng)。本發(fā)明采用白光干涉測量技術(shù)無需外部信號調(diào)制可直接測得待測加速度引起的腔長變化，且結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)范圍大，易于實現(xiàn)加速度計的多維應用。
【IPC分類】G01P15/03
【公開號】CN105067838
【申請?zhí)枴緾N201510519101
【發(fā)明人】王明超, 王學鋒, 唐才杰, 何哲璽, 藍天
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月21日