[发明专利]一种全光纤加速度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种全光纤加速度测量装置及方法，该装置包括激光器、光纤环行器、光纤准直器、1×2光纤分束器、光纤延迟线、2×1光纤耦合器、光电探测器和信号处理单元。激光器的输出端口通过单模光纤与光纤环行器的第一端口连接，光纤环行器的第二端口与光纤准直器连接，光纤环行器的第三端口与1×2光纤分束器输入端连接，1×2光纤分束器的第一输出端口与光纤延迟线的输入端连接，光纤延迟线的输出端与2×1光纤耦合器的第一输入端口连接，1×2光纤分束器的第二输出端口直接与2×1光纤耦合器的第二输入端口连接，2×1光纤耦合器的输出端与光电探测器连接；本发明具有结构布局简单合理和非接触测量等优点，实现高精度的加速度测量。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及了一种全光纤加速度测量装置及方法。

背景技术

加速度是物体运动过程中非常重要的参数指标，表征测量物体的动态特性。加速度的精确测量在工业、科研、军事和民用领域有着非常重要的作用。现有的加速度测量方法大部分采用接触式测量，因其测量方法对物体的运动状态存在干扰，会产生测量误差；另外部分非接触的测量方法则要先测量出运动物体的速度，并通过运算求得加速度，例如：在专利号为2010101128841的专利文件中，就给出了一种非接触速度及加速度测量方法，该方法需要先进行速度测量，然后才能由前后两个时刻的速度测量值计算出加速度。因为对加速度的测量为间接测量方式，因此产生的误差较大，导致测量结果不准确。尤其是对于高瞬态加速度测量存在精度差、可测距离短、测量范围窄等缺陷，这些方法难以在位移较小而加速度较大的场合下使用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种全光纤加速度测量装置及方法，用以在非接触条件下，解决对运动目标加速度的直接测量问题。

为了达到本发明的目的，本发明给出以下技术方案：一种全光纤加速度测量装置，包括激光器、三端口光纤环行器、光纤准直器、光纤分束器、光纤延迟线、光纤耦合器、光电探测器和计算单元，所述光学功能元器件均使用单模光纤相互连接；其中激光器的输出端口与三端口光纤环行器的第一端口连接，三端口光纤环行器的第二端口与光纤准直器连接，三端口光纤环行器的第三端口与光纤分束器输入端连接，光纤分束器的第一输出端口与光纤延迟线输入端连接，光纤延迟线的输出端与光纤耦合器的第一输入端口连接，光纤分束器的第二输出端口直接与光纤耦合器的第二输入端口连接，光纤耦合器的输出端通过光电探测器与计算单元连接。

进一步的，所述光纤分束器选用1×2光纤分束器，所述光纤耦合器选用2×1光纤耦合器，1×2光纤分束器与2×1光纤耦合器的光纤尾纤长度相同。

上述全光纤加速度测量方法，包括下述步骤：激光器发出的光由单模光纤耦合至三端口光纤环行器的入射端口，由三端口光纤环行器的相邻出射端口出射，然后通过光纤准直器耦合出射，一部分光从光纤准直器的端面反射回来形成参考光，另一部分光透过光纤准直器的端面打在运动物体上反射回来形成传感光，两束光产生拍频信号，拍频信号由光纤准直器耦合回单模光纤，并入射至三端口光纤环行器，由三端口光纤环行器的第三端口出射，并通过单模光纤耦合至1×2光纤分束器的输入端，1×2光纤分束器的第一输出端由单模光纤耦合至2×1光纤耦合器的第一输入端，1×2光纤分束器的第二输出端耦合至光纤延迟线的输入端，光纤延迟线的输出端耦合至2×1光纤耦合器的第二输入端，2×1光纤耦合器的输出端由单模光纤耦合至光电探测器转换为电信号，对该电信号进行处理分析，该信号处理单元根据结合光纤延迟线的延迟时间由Δf＝kτa，计算得到加速度a。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明是在激光多普勒技术的基础上，加入光纤延迟线，构建了一种结构简便、易于实施的光纤式加速度传感装置，可以以非接触的方式直接测量出运动物体的瞬态加速度。

2、本发明运用在爆轰、碰撞和冲击过程中的加速度测量，能够避免微分运算带来的较大误差，得到精准的瞬态加速度，该测量方法具有精度高、适用范围广等特点。

附图说明