[发明专利]一种基于微纳芯片的小型化绝对重力仪

权利要求书

1.一种微纳芯片绝对重力测量装置，所述的装置包括980nm激光器(1)、光纤隔离器(2)、波分复用器(3)、微纳芯片(4)、1550nm激光器(5)、光纤环形器(6)、光电探测器(7)、A/D转换器(8)、FPGA芯片(9)、单模光纤(10)、聚苯乙烯小球(11)、毛细管(12)和电动注射器(13)；其中光纤环形器(6)有三个端口，即输入端、输出端和反射端；980nm激光器(1)通过单模光纤(10)与光纤隔离器(2)连接在一起，1550nm激光器通过单模光纤(10)与光纤环形器(6)的输入端口连接在一起，光纤隔离器(2)的输出端和光纤环形器(6)的输出端一起连接到波分复用器(3)的输入端，波分复用器(3)的输出光纤集成到微纳芯片(4)中，光纤环形器(6)的反射端接到光电探测器(7)中，光电探测器(7)连接到A/D转换器(8)，A/D转换器(8)连接到FPGA芯片(9)中；

微纳芯片(4)内有两个通道：水平通道和垂直通道；水平通道的一侧通过毛细管(12)与电动注射器(13)连接，电动注射器(13)通过毛细管(12)往微纳芯片注入聚苯乙烯小球(11)；垂直通道的下方通过单模光纤(10)与波分复用器(3)连接在一起。

2.根据权利要求1所述的微纳芯片绝对重力测量装置，其特征在于：所述的聚苯乙烯小球(11)的直径为6-8μm。

3.根据权利要求1所述的微纳芯片绝对重力测量装置，其特征在于：所述的微纳芯片(4)的水平通道直径为8-11μm，垂直通道直径大于200μm。

4.根据权利要求1所述的微纳芯片绝对重力测量装置，其特征在于：所述的毛细管(12)为玻璃毛细管,内径均大于10μm。

5.根据权利要求1所述的微纳芯片绝对重力测量装置，其特征在于：电动注射器(13)通过控制程序以一定的流速往微纳芯片(4)的水平通道中注射聚苯乙烯小球(11)，此时在微纳芯片(4)的水平通道中有间距和流速都固定的聚苯乙烯小球(11)序列。

6.根据权利要求1所述的微纳芯片绝对重力测量装置，其特征在于：聚苯乙烯小球(11)在经过水平通道和垂直通道的交叉口时会被波分复用器(3)的输出光纤的输出光捕获，此时光电探测器(7)会收到聚苯乙烯小球的反射信号，通过A/D转换器(8)将该信号输入到FPGA芯片(9)中，之后FPGA芯片(9)给电动注射器(13)发送停止注射的指令，聚苯乙烯小球(11)悬停在输出光纤的输出光捕获场中。

7.根据权利要求1所述的微纳芯片绝对重力测量装置，其特征在于：聚苯乙烯小球(11)被捕获后，FPGA芯片(9)给980nm激光器(1)发出增加功率的指令，聚苯乙烯小球(11)收到向上的推力，聚苯乙烯小球(11)开始上抛，FPGA芯片(9)开始采集一个周期的反射信号，通过低通滤波，信号提取获得当地重力加速度值；具体算法如下

光纤端出射的光在被捕获小球的表面被反射，与光纤端被反射的光发生干涉；其干涉光场表达式应该是：

E_n＝E₁₂exp j(φt)

其中，E₀₁为光纤探针端反射光束的振幅，E₀₂为小球表面反射光束的振幅，v为小球的下落速度；

对速度v进行一次微分处理即可获得当地的重力加速度g：