[发明专利]一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速度计，特别是一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计系统。

背景技术

干涉型光纤加速度计是基于光学信号检测位移原理的新型加速度计。相比于传统的机械式加速度计，具有体积小、重量轻、动态范围大、抗电磁干扰的优点。在组成全光纤惯性系统方面具有重要的应用前景，还可以用于地震监测、安防预警以及桥梁等结构的健康监测。

现有干涉型光纤加速度计采用简单金属片作为弹性膜片的结构，设计简单，灵敏度较低；而表面加工有圆网状结构的弹性膜片，其每个圆环上只有一个对称轴，平面对称性较差，影响加速度值的精确测量。且现有的解调方法多采用相位生成载波技术，通过对干涉信号的调制和解调实现对加速度值的测定，该解调方法复杂，需要借助外部信号调制，不利于多维加速度计的集成化和系统的小型化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计系统。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种干涉型光纤加速度计探头，包括外壳、压板、固定底座、光纤夹具、反射镜、上质量块、弹性膜片，下质量块、配重金属块和光纤头；其中上质量块和下质量块开有固定槽，对称的固定在弹性膜片两侧，反射镜固定在上质量块的固定槽内，配重金属块固定在下质量块的固定槽内，压板放在弹性膜片上，与固定底座连接；外壳与固定底座连接把上质量块、下质量块、弹性膜片、压板密封其中，光纤夹具固定在外壳上。

在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述的干涉型光纤加速度计探头采用外腔式法布里-珀罗干涉仪作为敏感元件。

在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述光纤头为跳线插头，表面为氧化锆陶瓷材料，光纤头固定在光纤夹具内，并通过光纤夹具中心通孔进入外壳，光纤头与反射镜组成干涉腔，腔长为400-800um。

在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述弹性膜片采用激光刻蚀的方式加工两圈花瓣状分布的弧形阵列，弹性膜片厚度为80-120um。

在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述反射镜表面镀银，反射率为95％-99％。

一种干涉型光纤加速度计系统，包含权利要求1所述的干涉型光纤加速度计探头，还包括宽谱光源、输入光纤、2×1耦合器、传输光纤、输出光纤、光谱检测模块和信号采集与处理系统；

宽谱光源：发出光信号并将光信号传输至2×1耦合器；

2×1耦合器：接收来自宽谱光源的光信号并进行耦合处理，将其中一路光信号传输至光纤加速度计探头；接收来自光纤加速度计探头的双光束干涉信号并进行耦合处理，将其中一路双光束干涉光信号传输至光谱检测模块；

光谱检测模块：其衍射光栅在空间上将来自2×1耦合器的双光束干涉信号展开，并由光电探测器阵列将光信号转换为电信号，获得白光干涉光谱信号，发送给信号采集与处理系统；

信号采集与处理系统：包括FPGA、A/D转换电路和数字信号处理器DSP，FPGA控制A/D转换器对白光干涉光谱信号进行模数转换，经过FPGA的预处理后传送给数字信号处理器DSP，根据谱峰级次的变化测出干涉腔长值，通过预先标定的腔长-加速度对应关系解调出待侧加速度的值；

干涉型光纤加速度计探头：接收由2×1耦合器发出的耦合处理后的光信号，并进行双光束干涉处理，将得到的双光束干涉信号返回至2×1耦合器。

在上述的一种干涉型光纤加速度计系统，还包括输入光纤、传输光纤和输出光纤；来自宽谱光源发出的光信号经输入光纤传输至2×1耦合器，光信号经耦合处理后通过传输光纤传输至光纤加速度计探头进行双光束干涉处理，获得的双光束干涉信号经传输光纤传输至2×1耦合器；经2×1耦合器耦合处理后的双光束干涉信号经输出光纤传输至光谱检测模块。

在上述的一种干涉型光纤加速度计系统，所述干涉型光纤加速度计探头进行双光束干涉处理的具体方法为：光纤头端面和反射镜平行位于光纤加速度计探头的内部，来自宽谱光源发出的光信号传输至光纤加速度计探头先经过光纤头，得到一路反射光信号和一路透射光信号，透射光信号经过反射镜得到另一路反射光信号，两路反射信号发生双光束干涉，形成双光束干涉信号。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：