[发明专利]一种基于保偏光纤双臂异轴干涉仪的温度补偿加速度计

说明书

本发明提供了一种基于保偏光纤双臂异轴干涉仪的温度补偿加速度计。采用全保偏光纤干涉仪作为传感光路，将干涉仪一传感臂错轴焊接实现双臂异轴干涉，并使干涉仪两传感臂光纤同时对应变、温度敏感；将保偏光纤干涉仪与推挽式机械拾振结构复合，利用拾振结构将加速度转换为光纤应变，在同一传感器中构建两套同时对温度和加速度具有不同响应的传感系统。在该传感器中，两套传感系统的温度响应和加速度响应分别为两传感臂光纤温度效应差值与应变效应之和，在平衡干涉仪下，两套传感系统温度响应系数数值相等且符号相反，而加速度响应符号相同。将两套传感系统相位响应相加，在消除温度响应的同时，增加应变响应，提升传感器的加速度灵敏度。

技术领域

本发明设计属于光纤传感技术领域，具体涉及到一种基于保偏光纤双臂异轴干涉仪的温度补偿加速度计。

背景技术

加速度是描述物体运动状态的重要物理量，而用于测量加速度的仪器称为加速度计，加速度计是控制检测设备、制导导航的重要测量元件。光纤加速度计相对于传统加速度计来说，具有体小质轻、灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰、可在恶劣环境下工作等优点，因此得到广泛应用。由于光纤材料的温度敏感特性，光纤传感器对温度变化非常敏感，因此此类传感器存在严重的温度交叉敏感问题，这阻碍了光纤传感器的测量精度提升与工程应用推广。为解决光纤传感器的温度交叉敏感问题，研究人员发展了多种温度补偿方法，包括数据处理补偿法、结构补偿法、参考干涉仪法、双传感法等。

数据处理补偿法是首先获取温度对干涉仪的影响，进而在最终得到的结果中利用数据处理来将温度漂移去除。2009年上海亨通光电科技有限公司虞翔等人提出的光纤陀螺仪温度补偿方法(CN101738204B)中，先采集全温循环对光纤陀螺仪的影响，再利用数据处理将此信号抑制，进行温度效应的补偿。但只能处理已知的温度变化对其带来的影响，实用性不高。

结构补偿法通过在干涉仪中设计一个特殊结构来限制干涉仪对受温度影响而发生的变化，从而实现温度漂移的弥补。2012年重庆大学的朱涛等人提出了一种具有滑动反射镜式温度自补偿光纤加速度传感器(CN102721828B)，此发明使用的是结构补偿法，通过设计结构参数来降低以至于消除温度的影响。

参考测量系统法，在测量系统中设置只对温度敏感的参考传感器获取温度信息，然后从测量信息中消除温度影响获得待测量信息。如2009年东南大学的李爱群等人提出一种光纤光栅应变温度同时测量传感器(CN200920040685.7)，利用两段相同光纤光栅分别只对温度以及同时对温度、应变敏感；但该方法需两套传感系统完全相同，实际应用中很难保证两者完全一致。

双传感法指的是利用两个对待测量和温度具有不同响应的传感器同时对两者进行传感，或是在单一传感器内实现同时对待测量和温度敏感的两种响应参量，实现两者同时测量。2015年中国计量学院卞继城等人提出一种基于球形和细芯光纤的温度和应变同时测量的传感器(CN201520488312.1)，利用特种光纤使得包层模式和纤芯模式形成马赫泽德干涉仪来实现温度和应变同时测量的功能，消除两者的串扰；但特种光纤成本较高，且受限于光纤拉制技术，部分特种光纤质量不稳定导致传感器的性能不一致。