[發明專利]一種基于抗磁懸浮力學系統的加速度測量方法

有效

• 申請號: 202110758876.2
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113484538B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 黃璞;孔熙
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01P15/093
• 代理公司: 南京禾易知識產權代理有限公司 32320
• 代理人: 張松云

本發明提供一種基于抗磁懸浮力學系統的加速度測量方法，包括第一步，獲取外界加速度a；第二步，構建加速度敏感模塊，利用磁勢阱懸浮抗磁質量體，得到外界加速度a帶來的抗磁質量體的位置移動δx；第三步，構建位置測量模塊，實現激光光強改變δI到電壓δV的轉換；第四步，根據輸出所測量的電壓δV變化量計算實際外界加速度a。本發明通過提出抗磁懸浮加速度敏感方式，在物理原理上區別于現有的懸浮系統，光懸浮、靜電懸浮、超導懸浮等，且相比于靜電懸浮和光懸浮不需要外界能量輸入，具備最低的參數噪聲，降低限制加速度靈敏度的主要噪聲來源，同時相比超導懸浮滿足在室溫或低溫環境下工作。

技術領域

本發明涉及加速度測量技術領域，具體為一種基于抗磁懸浮力學系統的加速度測量方法。

背景技術

高精度加速度計是實現慣性導航，重力測量等應用的核心技術，目前的加速度計包括冷原子加速度計、中子加速度計、石英加速度計、懸掛加速度計、微機電系統(MEMS)加速度計、光機械加速度計、光懸浮加速度計、懸浮加速度計等。其中，懸浮加速度計從在原理上具有最高的精度，其核心就是一個被電磁場懸浮的質量體，根據廣義相對論，加速度會帶來懸浮體位置的移動，通過對這個位置進行測量，就能對加速度實現感知，懸浮加速度計由于不與環境直接接觸，所以在物理原理上具有很低的噪聲，從而具有超高靈敏度，是其他現有技術無法取代的。

目前的懸浮加速度計包括激光懸浮，靜電懸浮，超導懸浮三種方法，其中激光懸浮受限于質量體大小，在懸浮系統中具有最大的帶寬，但是靈敏度相對較低(10-7g/Hz1/2水平)，靜電懸浮是發展最成熟的技術，依賴于反饋電路對懸浮體進行控制，靈敏度受限于電子學噪聲(10-9g/Hz1/2水平)，而超導懸浮是最近才提出的全新技術，理論靈敏度可達(10-10g/Hz1/2水平)，然而超導懸浮需要系統工作在低溫條件下(低于10K)，限制了未來實現小型可移動低功耗應用場景的需要。

此外，超導懸浮技術和核心是超導勢阱，而懸浮質量體是一個磁性材料，通過把勢阱的溫度降低到超導轉變溫度之下，質量體的磁場在超導邁斯納效應的作用下將自生懸浮起來，從而實現加速度感知的能力。

問題在于：現有的超導材料需要低溫條件(10K),而低溫系統通常體積巨大且功耗高，目前都只能在實驗室或者特殊的室內環境使用，無法滿足可移動，便攜特別是低功耗的應用場景，及大了限制了該技術的實際應用。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種基于抗磁懸浮力學系統的加速度測量方法，以解決上述背景技術中提出的問題，本發明通過提出抗磁懸浮加速度，在物理原理上區別于現有的懸浮系統，光懸浮、靜電懸浮、超導懸浮等，從而具備在絕對靈敏度上是最高的，且相比于靜電懸浮和光懸浮不需要外界能量輸入，具備最低的參數噪聲，降低限制加速度靈敏度的主要噪聲來源，此外，通過提出的抗磁懸浮加速度不需要依賴低溫環境，能夠自主有效的降低系統功耗，且滿足同時在室溫或低溫環境下工作的特性，解決了現有技術中的問題。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：一種基于抗磁懸浮力學系統的加速度測量方法，包括以下步驟：

第一步，獲取外界加速度a；

第二步，構建加速度敏感模塊

以永磁體構成抗磁懸浮勢阱，將抗磁質量體懸浮于抗磁懸浮勢阱中，得到外界加速度a帶來的抗磁質量體的位置移動δx；

第三步，構建位置測量模塊

S3-1、向抗磁質量體輸入激光信號，基于所述抗磁質量體自生的聚焦效應，得到激光輸出抗磁質量體時所述位置移動δx帶來的激光光強改變δI；

S3-2、通過光電轉換模塊實現所述激光光強改變δI到電壓δV的轉換；

第四步，根據輸出所測量的電壓δV變化量計算實際外界加速度a。