[发明专利]一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法

说明书

本发明提供一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，包括第一步，获取外界加速度a；第二步，构建加速度敏感模块，利用磁势阱悬浮抗磁质量体，得到外界加速度a带来的抗磁质量体的位置移动δx；第三步，构建位置测量模块，实现激光光强改变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。本发明通过提出抗磁悬浮加速度敏感方式，在物理原理上区别于现有的悬浮系统，光悬浮、静电悬浮、超导悬浮等，且相比于静电悬浮和光悬浮不需要外界能量输入，具备最低的参数噪声，降低限制加速度灵敏度的主要噪声来源，同时相比超导悬浮满足在室温或低温环境下工作。

技术领域

本发明涉及加速度测量技术领域，具体为一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法。

背景技术

高精度加速度计是实现惯性导航，重力测量等应用的核心技术，目前的加速度计包括冷原子加速度计、中子加速度计、石英加速度计、悬挂加速度计、微机电系统(MEMS)加速度计、光机械加速度计、光悬浮加速度计、悬浮加速度计等。其中，悬浮加速度计从在原理上具有最高的精度，其核心就是一个被电磁场悬浮的质量体，根据广义相对论，加速度会带来悬浮体位置的移动，通过对这个位置进行测量，就能对加速度实现感知，悬浮加速度计由于不与环境直接接触，所以在物理原理上具有很低的噪声，从而具有超高灵敏度，是其他现有技术无法取代的。

目前的悬浮加速度计包括激光悬浮，静电悬浮，超导悬浮三种方法，其中激光悬浮受限于质量体大小，在悬浮系统中具有最大的带宽，但是灵敏度相对较低(10-7g/Hz1/2水平)，静电悬浮是发展最成熟的技术，依赖于反馈电路对悬浮体进行控制，灵敏度受限于电子学噪声(10-9g/Hz1/2水平)，而超导悬浮是最近才提出的全新技术，理论灵敏度可达(10-10g/Hz1/2水平)，然而超导悬浮需要系统工作在低温条件下(低于10K)，限制了未来实现小型可移动低功耗应用场景的需要。

此外，超导悬浮技术和核心是超导势阱，而悬浮质量体是一个磁性材料，通过把势阱的温度降低到超导转变温度之下，质量体的磁场在超导迈斯纳效应的作用下将自生悬浮起来，从而实现加速度感知的能力。

问题在于：现有的超导材料需要低温条件(10K),而低温系统通常体积巨大且功耗高，目前都只能在实验室或者特殊的室内环境使用，无法满足可移动，便携特别是低功耗的应用场景，及大了限制了该技术的实际应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明通过提出抗磁悬浮加速度，在物理原理上区别于现有的悬浮系统，光悬浮、静电悬浮、超导悬浮等，从而具备在绝对灵敏度上是最高的，且相比于静电悬浮和光悬浮不需要外界能量输入，具备最低的参数噪声，降低限制加速度灵敏度的主要噪声来源，此外，通过提出的抗磁悬浮加速度不需要依赖低温环境，能够自主有效的降低系统功耗，且满足同时在室温或低温环境下工作的特性，解决了现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于抗磁悬浮力学系统的加速度测量方法，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；

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。