基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計，它結構合理，可有效抑制噪聲干擾。包括激光器，激光器輸出光波由頻率發(fā)生器進行頻率調制，調制后光波送入光纖耦合器a進行分離，一束光波由光電探測器a接收并經鎖相放大器a輸入計算機；邁克爾遜干涉儀中采用光纖耦合器b、敏感元件、以及反射元件a、反射元件b對光波進行干涉，光纖耦合器b輸出的反射光由光電探測器b接收，經鎖相放大器b送入計算機；鎖相放大器a、b均與頻率發(fā)生器連接以鎖定頻率。
【專利說明】 基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖加速度計，尤其涉及一種基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計。
【背景技術】
[0002]目前研究和市場上提出的光纖加速度計面臨的主要問題是穩(wěn)定性差，易受光源功率和環(huán)境因素的影響。在信號解調系統(tǒng)中，相位解調方法易受環(huán)境干擾，而測量靈敏度依賴于解調方法，并且大多研究只是根據一段時間內測量出的光纖干涉儀相位變化，進而解調得到一個平均加速度，并不能分析得到瞬時加速度。如果只能計算平均加速度，那么測量加速度的準確性就不高，在各種研究或工業(yè)應用領域中，涉及加速度測量而導致的最終結果準確度就會相對較低。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計，它結構合理，可有效抑制噪聲干擾。
[0004]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0005]一種基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計，它包括激光器，激光器輸出光波由頻率發(fā)生器進行頻率調制，調制后光波送入光纖耦合器a進行分離，一束光波由光電探測器a接收并經鎖相放大器a輸入計算機，從而確定進入邁克爾遜干涉儀的另一束光的光強；邁克爾遜干涉儀中采用光纖耦合器b、敏感元件、以及反射元件a、反射元件b對光波進行干涉，光纖耦合器b輸出的反射光由光電探測器b接收，經鎖相放大器b送入計算機；鎖相放大器a、b均與頻率發(fā)生器連接以鎖定頻率。
[0006]所述反射元件a和反射元件b的結構相同，均是在光纖探頭端面放置鋁箔而成。
[0007]所述敏感元件包括支撐柱體，光纖纏繞在支撐柱體上，在支撐柱體上套裝圓環(huán)狀質量塊，將纏繞的光纖分為上下兩層，被分開的光纖層就是干涉儀的兩支干涉臂；質量塊在受到向上的力F作用后向支撐柱體上側方向擠壓，上層光纖受力后向外擴張，下層光纖則向內收縮，引起光纖長度和折射率變化，使干涉臂臂長產生位移。
[0008]本實用新型巧妙地將干涉儀的臂長的變化轉化成干涉儀輸出信號頻率的變化，用可調諧半導體激光器的高速頻率調制光通過光纖干涉儀調制后產生輸出信號的頻率和光程差之間存在一定的關系，這種輸出信號處理和干涉儀條紋計數方法有本質的區(qū)別。
[0009]本實用新型的有益效果是:我們提出的基于頻率調制的光纖加速度計研究思路，巧妙地將干涉儀的臂長的變化轉化成干涉儀輸出信號頻率的變化，用可調諧半導體激光器的高速頻率調制光通過光纖干涉儀調制后產生輸出信號的頻率和光程差之間存在一定的關系，這種輸出信號處理和干涉儀條紋計數方法有本質的區(qū)別。可以克服光源功率變化造成的不利影響，測量了瞬時頻率，從而計算出瞬時加速度，其響應頻率比其他方法高得多。針對環(huán)境對測量結果的影響，由于環(huán)境變化和加速度的信號特征可以用不同的經驗模式函數來進行分解，實現加速度的精確測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0011]圖2為本實用新型的方法流程圖；
[0012]圖3為敏感元件結構圖；
[0013]圖4為反射元件結構圖。
[0014]其中，1.激光器,2.光纖稱合器a, 3.光纖稱合器b, 4.敏感兀件，5.發(fā)射兀件a,
6.發(fā)射元件b，7.光電探測器a，8.光電探測器b，9.支撐柱體，10.質量塊，11.頻率發(fā)生器，12.鎖相放大器a，13.鎖相放大器b，14.計算機，15.光纖探頭，16.鋁箔。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。
[0016]圖1中，就是本系統(tǒng)的光傳輸原理圖。圖中，右向箭頭表示光波未到達兩反射元件的傳輸方向，左向箭頭表不光波被兩反射兀件反射后的傳輸方向。
[0017]頻率發(fā)生器11同時連接著激光器I和兩臺鎖相放大器al2、bl3，使它們調制在同一頻率，以便進行頻率調制。
[0018]激光器I發(fā)出光波，經過頻率發(fā)生器11調制后送入光纖耦合器a2分為光強大小相等的兩束，其中一束作為入射光信號被光電探測器a7接收并經鎖相放大器al2輸入計算機14 (當然也可能分離的兩束光的光強不等，這時通過測算入射光的光強即可得到另一束的光的光強大小)。另一束光進入光纖耦合器b3又一次被分為兩束，兩束光波在干涉臂中傳輸，經過敏感元件4后分別到達反射元件a5、b6，反射的光波沿原路返回至光纖耦合器b3，最后光信號作為輸出信號被光電探測器b8接受，并經鎖相放大器13b輸入計算機14。
[0019]在邁克爾遜干涉儀中，干涉臂末端的兩面反射鏡對整個干涉系統(tǒng)來說雖然簡單卻至關重要。同理，根據邁克爾遜干涉儀所制成的光纖加速計，反射鏡依然不可輕視。隨著人們對光纖干涉儀的研究深入，反射鏡的形式從最初的也是最簡陋的真實鏡面，演變成了光纖端面直接鍍反射膜。
[0020]對于用真實鏡面作為干涉儀的反射鏡來說，由于調節(jié)起來很難使鏡面同光纖端面完全平行，非常麻煩，對研究造成了一定的不便。而后來發(fā)展的光纖鍍膜，的確在技術上有了很大進步，而且價格也不是很高。但是，因為很多實驗室的條件有限，沒有專業(yè)的鍍膜設備，人們只能從專業(yè)廠家進行采購，而且不同的光波對反射膜的需求也不同，造成了一定的不便。
[0021]本實用新型提出一種新的反射鏡模型，將一種高純度高平整度的鋁箔16緊密放置在光纖探頭15端面充當反射鏡，如圖4所示。這種鋁箔16的反射率對于可見光380nm到765nm之間的波段可達70%到80%，但在紅外760nm到5050nm的波段卻高達75%到100%，而本系統(tǒng)中光波處于紅外波段，且纖干涉儀對于輸出光強的強度要求較高，正好適用。鋁箔反射鏡面設計簡單，成本低廉，使用方便，構成了良好的反射系統(tǒng)。
[0022]下面是經過比較和篩選出來的一組系統(tǒng)的傳輸數據:
[0023]當光波頻率f=424.5Hz時，
【權利要求】
1.一種基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計，其特征是，它包括激光器，激光器輸出光波由頻率發(fā)生器進行頻率調制，調制后光波送入光纖耦合器a進行分離，一束光波由光電探測器a接收并經鎖相放大器a輸入計算機，從而確定進入邁克爾遜干涉儀的另一束光的光強；邁克爾遜干涉儀中采用光纖耦合器b、敏感元件、以及反射元件a、反射元件b對光波進行干涉，光纖耦合器b輸出的反射光由光電探測器b接收，經鎖相放大器b送入計算機；鎖相放大器a、b均與頻率發(fā)生器連接以鎖定頻率。
2.如權利要求1所述的基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計，其特征是，所述反射元件a和反射元件b的結構相同，均是在光纖探頭端面放置鋁箔而成。
3.如權利要求1所述的基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計，其特征是，所述敏感元件包括支撐柱體，光纖纏繞在支撐柱體上，在支撐柱體上套裝圓環(huán)狀質量塊，從而將光纖分為上下兩層，作為兩支干涉臂；質量塊在受到向上的力F作用后向支撐柱體上側方向擠壓，上層光纖受力后向外擴張，下層光纖則向內收縮，引起光纖長度和折射率變化，使干涉臂臂長產生位移。
【文檔編號】G01P15/03GK203465292SQ201320571225
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】趙曰峰, 張童心, 魏冬梅, 陳興海, 季作亮 申請人:山東師范大學
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