[發(fā)明專利]一種基于微納芯片的小型化絕對重力儀

有效

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• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112925036B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 張亞;夏秀瑋;高偉;劉超;于飛;王巖巖
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01V7/02;G01P15/093
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

1.一種微納芯片絕對重力測量裝置，所述的裝置包括980nm激光器(1)、光纖隔離器(2)、波分復用器(3)、微納芯片(4)、1550nm激光器(5)、光纖環(huán)形器(6)、光電探測器(7)、A/D轉(zhuǎn)換器(8)、FPGA芯片(9)、單模光纖(10)、聚苯乙烯小球(11)、毛細管(12)和電動注射器(13)；其中光纖環(huán)形器(6)有三個端口，即輸入端、輸出端和反射端；980nm激光器(1)通過單模光纖(10)與光纖隔離器(2)連接在一起，1550nm激光器通過單模光纖(10)與光纖環(huán)形器(6)的輸入端口連接在一起，光纖隔離器(2)的輸出端和光纖環(huán)形器(6)的輸出端一起連接到波分復用器(3)的輸入端，波分復用器(3)的輸出光纖集成到微納芯片(4)中，光纖環(huán)形器(6)的反射端接到光電探測器(7)中，光電探測器(7)連接到A/D轉(zhuǎn)換器(8)，A/D轉(zhuǎn)換器(8)連接到FPGA芯片(9)中；

微納芯片(4)內(nèi)有兩個通道：水平通道和垂直通道；水平通道的一側(cè)通過毛細管(12)與電動注射器(13)連接，電動注射器(13)通過毛細管(12)往微納芯片注入聚苯乙烯小球(11)；垂直通道的下方通過單模光纖(10)與波分復用器(3)連接在一起。

2.根據(jù)權利要求1所述的微納芯片絕對重力測量裝置，其特征在于：所述的聚苯乙烯小球(11)的直徑為6-8μm。

3.根據(jù)權利要求1所述的微納芯片絕對重力測量裝置，其特征在于：所述的微納芯片(4)的水平通道直徑為8-11μm，垂直通道直徑大于200μm。

4.根據(jù)權利要求1所述的微納芯片絕對重力測量裝置，其特征在于：所述的毛細管(12)為玻璃毛細管,內(nèi)徑均大于10μm。

5.根據(jù)權利要求1所述的微納芯片絕對重力測量裝置，其特征在于：電動注射器(13)通過控制程序以一定的流速往微納芯片(4)的水平通道中注射聚苯乙烯小球(11)，此時在微納芯片(4)的水平通道中有間距和流速都固定的聚苯乙烯小球(11)序列。

6.根據(jù)權利要求1所述的微納芯片絕對重力測量裝置，其特征在于：聚苯乙烯小球(11)在經(jīng)過水平通道和垂直通道的交叉口時會被波分復用器(3)的輸出光纖的輸出光捕獲，此時光電探測器(7)會收到聚苯乙烯小球的反射信號，通過A/D轉(zhuǎn)換器(8)將該信號輸入到FPGA芯片(9)中，之后FPGA芯片(9)給電動注射器(13)發(fā)送停止注射的指令，聚苯乙烯小球(11)懸停在輸出光纖的輸出光捕獲場中。

7.根據(jù)權利要求1所述的微納芯片絕對重力測量裝置，其特征在于：聚苯乙烯小球(11)被捕獲后，F(xiàn)PGA芯片(9)給980nm激光器(1)發(fā)出增加功率的指令，聚苯乙烯小球(11)收到向上的推力，聚苯乙烯小球(11)開始上拋，F(xiàn)PGA芯片(9)開始采集一個周期的反射信號，通過低通濾波，信號提取獲得當?shù)刂亓铀俣戎?；具體算法如下

光纖端出射的光在被捕獲小球的表面被反射，與光纖端被反射的光發(fā)生干涉；其干涉光場表達式應該是：

E_n＝E₁₂exp j(φt)

其中，E₀₁為光纖探針端反射光束的振幅，E₀₂為小球表面反射光束的振幅，v為小球的下落速度；

對速度v進行一次微分處理即可獲得當?shù)氐闹亓铀俣萭：