[發明專利]二維高精度組合干涉式纖維集成加速度計

有效

• 申請號: 201010191285.3
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN101865935A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 苑立波;關春穎;楊軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18;G02B6/024;G02B6/255
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種光纖加速度計。

背景技術

加速度計是車輛、船舶等抗沖擊、抗振動測量，地震檢測，慣性導航與制導系統中常用的重要傳感器，其基本原理是：在慣性空間設置一質量塊，以感知被測件作加速度運動時產生的慣性力或位移，測量出此慣性力或位移即可測量出相應的加速度。傳統加速度計采用機電方法測量質量塊的慣性力或位移，光纖加速計則采用光纖傳感技術測量質量塊的慣性力或位移。后者與前者相比，不但具有抗電磁干擾的獨特優點，而且體小質輕，動態范圍寬，精度高，能在惡劣環境下工作，易于遠距離組網探測，特別適用于要求高性能加速度傳感的領域，因此倍受發達國家軍事與商業領域的青睞，各種可實用的光纖加速度傳感器不斷涌現。

光纖加速度傳感器的發展至今已有數十年的歷史，目前光纖加速度計在原理上主要有：光強調制型、相位調制型、偏振態調制型和波長調制型。相位調制型光纖加速度傳感器常用的調制手段是Mach-Zehnder干涉儀和Michelson干涉儀結構，干涉儀含有兩臂，一臂為參考臂，一臂為傳感臂，光經過兩臂形成干涉，受力時干涉相位發生變化，進而測得待測量。但該方法目前很難把多維的信息提取出來，無法解決多維方向的加速度測量，且由于它不存在共光路結構，極易受到環境因素(諸如溫度和振動)的影響，導致兩光路的光程產生不一致的變化，使傳感器信號的解調產生影響，降低了干涉儀的信號解調靈敏度，使測量的精度下降，即干涉儀的測量靈敏度不夠。美國專利US?20090196543A1提供的加速度結構要想實現多維測量則需要多個傳感器，系統集成度也不高。中國專利“雙芯光纖集成式加速度計及測量方法”(公開號CN?101368978)通過CCD來測量雙芯光纖透射干涉條紋的變化來測量加速度，系統集成度大大提高，但對CCD的像素要求很高。Tuan?Guo(OPTICS?EXPRESS，2009，17(23)：20651)等提出了集成于一根光纖的基于傾斜光纖光柵的干涉型加速計，系統集成度大大提高，但僅適合低維測量。中國專利“光纖光柵三維加速度振動傳感器”(公開號CN?101210937?A)和美國專利US20060219009A1是利用三根光纖光柵來實現三維加速度測量，該方法設計的探頭結構過于復雜，系統體積大，不利于實際利用。

在眾多干涉儀中，F-P干涉儀由于經由多次反射反復疊加后可以形成精細度很高的反射譜或透射譜，因此能夠獲得相當高的探測靈敏度。對于光纖F-P干涉儀(US?5682237)，它是在光纖內制造出兩個反射端面，從而形成一個微腔。當相干光束沿光纖入射到此微腔時，光在微腔的兩端面反射后沿原路返回、并相遇而產生干涉。當外界參量以一定方式作用于此微腔，使其相位差發生變化，導致其干涉輸出反射光強也發生相應變化，進而實現傳感測量。國內饒云江等人也提出過多種結構光纖F-P干涉儀及其制作方法(CN101055196，CN?101034007)，并將其應用到加速度計中(CN?101424697?A，CN?101368979A)，但提出的加速度結構均為一維測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種統集成度高，靈敏度高，保偏特性好的二維高精度組合干涉式纖維集成加速度計。

本發明的目的是這樣實現的：

它由波長分別為λ₁和λ₂的光源1和2，波分復用器3，環形器4，單芯光纖5，光纖傳感探頭6，解復用器7，波長為λ₁和λ₂雙檢測器8和9連接組成；所述的光纖傳感探頭6包括一根含有四個互成90度對稱分布的四個纖芯的熔嵌式保偏光纖16，熔嵌式保偏光纖的每一個纖芯上刻有一對反射中心波長相同的Bragg光纖光柵來構成F-P腔，相對著的兩個纖芯上的四個光纖光柵諧振波長為λ₁，與之正交的兩個纖芯上的四個光纖光柵諧振波長為λ₂。

本發明還可以包括：

1、所述的熔嵌式保偏光纖16的四個纖芯10-13對稱地熔嵌于包層15的內壁，光纖中心為空氣孔14，四個纖芯彼此間距較大互不干擾，四個纖芯折射率和幾何參數完全相同或正對著的兩根光纖纖芯折射率和幾何參數相同。

2、所述的F-P腔可以有不同的F-P腔長。

3、所述的光纖光柵的反射率在1％-99％之間，不同的F-P腔可以有不同的反射率。