[发明专利]一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法

权利要求书

1.一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，获取外界加速度a；

第二步，构建加速度敏感模块

以永磁体构成抗磁悬浮势阱，将抗磁质量体悬浮于抗磁悬浮势阱中，得到外界加速度a带来的抗磁质量体的位置移动δx，其中，所述抗磁质量体由透明的抗磁材料制成，所述抗磁材料包括石英、有机玻璃PMMA以及抗磁高分子材料；

所述抗磁质量体包括上磁体层和下磁体层，所述上磁体层和下磁体层极化方向相反，以用于在永磁体几何中心位置处构成稳定的抗磁悬浮势阱；

所述上磁体层几何中心方向设有通孔，以用于形成水平方向的抗磁约束区；

第三步，构建位置测量模块

S3-1、向抗磁质量体输入激光信号，基于所述抗磁质量体自生的聚焦效应，得到激光输出抗磁质量体时所述位置移动δx带来的激光光强改变δI；

S3-2、通过光电转换模块实现所述激光光强改变δI到电压δV的转换；

第四步，根据输出所测量的电压δV变化量计算实际外界加速度a。

2.根据权利要求1所述的一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：第二步中，构建加速度敏感模块以得到位置移动δx的具体实施方式为：

S2-1、通过永磁体构成抗磁悬浮势阱，得到抗磁悬浮的磁场B(x)；

S2-2、基于抗磁悬浮原理，利用抗磁材料内部的自旋磁矩产生的抗磁相互作用能量得到抗磁势能U(x)，其中，在真空条件下的抗磁势能U(x)计算公式如下：

式中，mgz为抗磁材料的重力势能，χ为抗磁材料的磁化率，为抗磁相互作用，其中，μ0是真空磁导率，V是抗磁质量体体积；

S2-3、将抗磁质量体悬浮于抗磁悬浮势阱中，当感知外界加速度a，抗磁质量体质量m，得到外界加速度a带来的抗磁质量体的位置移动δx，其中，位置移动δx计算公式如下：

式中，为偏微分算符。

3.根据权利要求1所述的一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：在步骤S3-1中，得到激光光强改变δI的具体实施方式为：

在抗磁质量体两侧设置至少一组发射激光输入信号的光纤，其中，两两光纤相对平行，通过抗磁质量体的聚焦效果实现传输；

基于抗磁质量体在外界加速度a的作用下所发生的位置移动δx，得到输出抗磁质量体时光纤中激光光强改变δI；

在步骤S3-2中，通过光电转换模块实现所述激光光强改变δI到电压δV变化量的具体实施方式为：

利用光电探测器中内置的光电转换模块将激光光强改变δI的光强信号转换为电压信号，以进行测量，其计算方式为：

式中，δV为测量的电压变化量，ξ为位移光强转换系数。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：第四步中，计算实际外界加速度的计算方式为：

式中，a为实际外界加速度，ξ为位移光强转换系数，U(x)为抗磁势能，δV为测量的电压变化量，m为抗磁质量体质量。

5.根据权利要求1所述的一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：第二步中，在以永磁体构成抗磁悬浮势阱之前，还需要对永磁体进行加工处理，具体实施方式包括：

首先，利用数控机床对永磁体进行加工，并按照设计方向对其进行充磁处理；

其次，对永磁体进行组合微调；

最后，通过环氧树脂对永磁体进行封装。

6.根据权利要求1或3所述的一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：第三步中，向抗磁质量体输入激光信号之前，需要对发射激光输入信号的光纤位置进行固定，其具体固定方式为：

首先，通过位操作台将光纤位置移到抗磁质量体的两侧，进行调整；

其次，在光强信号与光纤位置的依赖性达到最大时，对光纤进行固定。

7.根据权利要求6所述的一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，其特征在于：所述光纤进行固定的方式为：

通过环氧树脂或者粘合剂对其固定，或

通过压电定位装置对其固定。