[发明专利]二维高精度组合干涉式纤维集成加速度计

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光纤加速度计。

背景技术

加速度计是车辆、船舶等抗冲击、抗振动测量，地震检测，惯性导航与制导系统中常用的重要传感器，其基本原理是：在惯性空间设置一质量块，以感知被测件作加速度运动时产生的惯性力或位移，测量出此惯性力或位移即可测量出相应的加速度。传统加速度计采用机电方法测量质量块的惯性力或位移，光纤加速计则采用光纤传感技术测量质量块的惯性力或位移。后者与前者相比，不但具有抗电磁干扰的独特优点，而且体小质轻，动态范围宽，精度高，能在恶劣环境下工作，易于远距离组网探测，特别适用于要求高性能加速度传感的领域，因此倍受发达国家军事与商业领域的青睐，各种可实用的光纤加速度传感器不断涌现。

光纤加速度传感器的发展至今已有数十年的历史，目前光纤加速度计在原理上主要有：光强调制型、相位调制型、偏振态调制型和波长调制型。相位调制型光纤加速度传感器常用的调制手段是Mach-Zehnder干涉仪和Michelson干涉仪结构，干涉仪含有两臂，一臂为参考臂，一臂为传感臂，光经过两臂形成干涉，受力时干涉相位发生变化，进而测得待测量。但该方法目前很难把多维的信息提取出来，无法解决多维方向的加速度测量，且由于它不存在共光路结构，极易受到环境因素(诸如温度和振动)的影响，导致两光路的光程产生不一致的变化，使传感器信号的解调产生影响，降低了干涉仪的信号解调灵敏度，使测量的精度下降，即干涉仪的测量灵敏度不够。美国专利US 20090196543A1提供的加速度结构要想实现多维测量则需要多个传感器，系统集成度也不高。中国专利“双芯光纤集成式加速度计及测量方法”(公开号CN 101368978)通过CCD来测量双芯光纤透射干涉条纹的变化来测量加速度，系统集成度大大提高，但对CCD的像素要求很高。Tuan Guo(OPTICS EXPRESS，2009，17(23)：20651)等提出了集成于一根光纤的基于倾斜光纤光栅的干涉型加速计，系统集成度大大提高，但仅适合低维测量。中国专利“光纤光栅三维加速度振动传感器”(公开号CN 101210937 A)和美国专利US20060219009A1是利用三根光纤光栅来实现三维加速度测量，该方法设计的探头结构过于复杂，系统体积大，不利于实际利用。

在众多干涉仪中，F-P干涉仪由于经由多次反射反复叠加后可以形成精细度很高的反射谱或透射谱，因此能够获得相当高的探测灵敏度。对于光纤F-P干涉仪(US 5682237)，它是在光纤内制造出两个反射端面，从而形成一个微腔。当相干光束沿光纤入射到此微腔时，光在微腔的两端面反射后沿原路返回、并相遇而产生干涉。当外界参量以一定方式作用于此微腔，使其相位差发生变化，导致其干涉输出反射光强也发生相应变化，进而实现传感测量。国内饶云江等人也提出过多种结构光纤F-P干涉仪及其制作方法(CN101055196，CN 101034007)，并将其应用到加速度计中(CN 101424697 A，CN 101368979A)，但提出的加速度结构均为一维测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种统集成度高，灵敏度高，保偏特性好的二维高精度组合干涉式纤维集成加速度计。

本发明的目的是这样实现的：

它由波长分别为λ₁和λ₂的光源1和2，波分复用器3，环形器4，单芯光纤5，光纤传感探头6，解复用器7，波长为λ₁和λ₂双检测器8和9连接组成；所述的光纤传感探头6包括一根含有四个互成90度对称分布的四个纤芯的熔嵌式保偏光纤16，熔嵌式保偏光纤的每一个纤芯上刻有一对反射中心波长相同的Bragg光纤光栅来构成F-P腔，相对着的两个纤芯上的四个光纤光栅谐振波长为λ₁，与之正交的两个纤芯上的四个光纤光栅谐振波长为λ₂。

本发明还可以包括：

1、所述的熔嵌式保偏光纤16的四个纤芯10-13对称地熔嵌于包层15的内壁，光纤中心为空气孔14，四个纤芯彼此间距较大互不干扰，四个纤芯折射率和几何参数完全相同或正对着的两根光纤纤芯折射率和几何参数相同。

2、所述的F-P腔可以有不同的F-P腔长。

3、所述的光纤光栅的反射率在1％-99％之间，不同的F-P腔可以有不同的反射率。