[發明專利]一種基于保偏光纖雙臂異軸干涉儀的溫度補償加速度計

在審

• 申請號: 202011246829.1
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112485467A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 楊軍;田帥飛;喻張俊;祝海波;張毅博;苑勇貴;溫坤華;王云才;秦玉文
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明提供了一種基于保偏光纖雙臂異軸干涉儀的溫度補償加速度計。采用全保偏光纖干涉儀作為傳感光路，將干涉儀一傳感臂錯軸焊接實現雙臂異軸干涉，并使干涉儀兩傳感臂光纖同時對應變、溫度敏感；將保偏光纖干涉儀與推挽式機械拾振結構復合，利用拾振結構將加速度轉換為光纖應變，在同一傳感器中構建兩套同時對溫度和加速度具有不同響應的傳感系統。在該傳感器中，兩套傳感系統的溫度響應和加速度響應分別為兩傳感臂光纖溫度效應差值與應變效應之和，在平衡干涉儀下，兩套傳感系統溫度響應系數數值相等且符號相反，而加速度響應符號相同。將兩套傳感系統相位響應相加，在消除溫度響應的同時，增加應變響應，提升傳感器的加速度靈敏度。

技術領域

本發明設計屬于光纖傳感技術領域，具體涉及到一種基于保偏光纖雙臂異軸干涉儀的溫度補償加速度計。

背景技術

加速度是描述物體運動狀態的重要物理量，而用于測量加速度的儀器稱為加速度計，加速度計是控制檢測設備、制導導航的重要測量元件。光纖加速度計相對于傳統加速度計來說，具有體小質輕、靈敏度高、動態范圍大、抗電磁干擾、可在惡劣環境下工作等優點，因此得到廣泛應用。由于光纖材料的溫度敏感特性，光纖傳感器對溫度變化非常敏感，因此此類傳感器存在嚴重的溫度交叉敏感問題，這阻礙了光纖傳感器的測量精度提升與工程應用推廣。為解決光纖傳感器的溫度交叉敏感問題，研究人員發展了多種溫度補償方法，包括數據處理補償法、結構補償法、參考干涉儀法、雙傳感法等。

數據處理補償法是首先獲取溫度對干涉儀的影響，進而在最終得到的結果中利用數據處理來將溫度漂移去除。2009年上海亨通光電科技有限公司虞翔等人提出的光纖陀螺儀溫度補償方法(CN101738204B)中，先采集全溫循環對光纖陀螺儀的影響，再利用數據處理將此信號抑制，進行溫度效應的補償。但只能處理已知的溫度變化對其帶來的影響，實用性不高。

結構補償法通過在干涉儀中設計一個特殊結構來限制干涉儀對受溫度影響而發生的變化，從而實現溫度漂移的彌補。2012年重慶大學的朱濤等人提出了一種具有滑動反射鏡式溫度自補償光纖加速度傳感器(CN102721828B)，此發明使用的是結構補償法，通過設計結構參數來降低以至于消除溫度的影響。

參考測量系統法，在測量系統中設置只對溫度敏感的參考傳感器獲取溫度信息，然后從測量信息中消除溫度影響獲得待測量信息。如2009年東南大學的李愛群等人提出一種光纖光柵應變溫度同時測量傳感器(CN200920040685.7)，利用兩段相同光纖光柵分別只對溫度以及同時對溫度、應變敏感；但該方法需兩套傳感系統完全相同，實際應用中很難保證兩者完全一致。

雙傳感法指的是利用兩個對待測量和溫度具有不同響應的傳感器同時對兩者進行傳感，或是在單一傳感器內實現同時對待測量和溫度敏感的兩種響應參量，實現兩者同時測量。2015年中國計量學院卞繼城等人提出一種基于球形和細芯光纖的溫度和應變同時測量的傳感器(CN201520488312.1)，利用特種光纖使得包層模式和纖芯模式形成馬赫澤德干涉儀來實現溫度和應變同時測量的功能，消除兩者的串擾；但特種光纖成本較高，且受限于光纖拉制技術，部分特種光纖質量不穩定導致傳感器的性能不一致。