[发明专利]一种基于抗磁体悬浮的惯性传感器

说明书

本发明公开一种基于抗磁体悬浮的惯性传感器，包括：抗磁体悬浮结构，包括：固定永磁体、悬浮永磁体、悬浮永磁体保护结构以及抗磁材料；固定永磁体固定于悬浮永磁体的正上方，用于为悬浮永磁体提供悬浮力，以克服悬浮永磁体的重力，使得悬浮永磁体悬浮；悬浮永磁体保护结构位于悬浮永磁体的外围，抗磁材料对称固定于悬浮永磁体保护结构的内置面，提供对称的抗磁力来限制悬浮永磁体的运动；当抗磁体悬浮结构受到外界作用力导致悬浮永磁体位置发生变化时，抗磁力作为类弹性恢复力以约束悬浮永磁体的位置；光学位移传感器检测悬浮永磁体在空间的位移变化，以确定外界惯性加速度。本发明解决现有重力加速度传感器摩擦力的影响和能量耗散的问题。

技术领域

本发明涉及惯性传感器技术领域，更具体地，涉及一种基于抗磁体悬浮的惯性传感器。

背景技术

在地表附近，地球重力场是最基本和最重要的物理场之一，对重力场的精密测量有着重要的意义。重力测量在资源勘探、辅助导航、国防军事和地球科学等方面有着广泛的应用前景。以重力加速度传感器为例，重力加速度传感器是一种测量重力加速度微小变化量的精密重力测量传感器。

重力加速度传感器机械结构基本模型为弹簧-振子结构，由弹簧、检验质量块以及空气或者结构带来的阻尼组成，检验质量块通常作为传感器的核心敏感单元，是基于柔性弹簧的恢复力做往复运动，检验质量运动感知外界加速度变化，外界加速度变化导致弹簧发生形变，用于测量不同区域空间位置的重力加速度或者同一位置不同时间的重力加速度，也即区域重力场或者时变重力场的测量。但这类重力加速度传感器，需要外界提供能量，弹簧和质量块直接接触产生摩擦，摩擦力影响传感器的性能，能量耗散。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有重力加速度传感器，需要外界提供能量，弹簧和质量块直接接触产生摩擦，摩擦力影响传感器的性能，能量耗散的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于抗磁体悬浮的惯性传感器，包括：抗磁体悬浮结构和光学位移传感器；

所述抗磁体悬浮结构包括：固定永磁体、悬浮永磁体、悬浮永磁体保护结构以及抗磁材料；所述固定永磁体固定于悬浮永磁体的正上方，用于为悬浮永磁体提供悬浮力，以克服所述悬浮永磁体的重力，使得所述悬浮永磁体悬浮；所述悬浮永磁体保护结构位于悬浮永磁体的外围，所述抗磁材料对称固定于悬浮永磁体保护结构的内置面，提供对称的抗磁力来限制悬浮永磁体的运动；当抗磁体悬浮结构受到外界作用力导致悬浮永磁体位置发生变化时，所述抗磁力作为类弹性恢复力以约束所述悬浮永磁体的位置；

所述光学位移传感器用于检测悬浮永磁体在空间的位移变化，通过空间位移变化确定所述抗磁体悬浮结构所受的外界作用力对应的惯性加速度。

可以理解的是，类弹性恢复力指的是等效于柔性弹簧提供的弹性恢复力。

可选地，所述抗磁材料固定于悬浮永磁体保护结构的左侧内置面与右侧内置面、和/或前侧内置面与后侧内置面、和/或上侧内置面与下侧内置面，可用于检测悬浮永磁体的六个自由度的运动情况，包括三个平动和三个转动情况。

可选地，所述光学位移传感器包括：透镜、光纤、适配器、耦合器以及激光二极管；

激光二极管用于产生光源，由光纤进入耦合器到达适配器，通过透镜准直后，穿过悬浮永磁体保护结构后，在光纤端面和悬浮永磁体表面形成布里-珀罗F-P腔，得到干涉光束；

干涉光束经过适配器、耦合器到达光电探测器，通过光电探测器解调干涉光束的光谱变化信息，得到悬浮永磁体的位移变化，以确定所述抗磁体悬浮结构所受的外界作用力对应的空间惯性加速度。

具体地，耦合器是用于实现光纤信号分路/合路，或者用于延长光纤链路。适配器的两端用于插入不同接口的光纤连接器，实现不同接口转换。

可选地，所述悬浮永磁体表面与光纤端面发生干涉，形成法布里-珀罗腔，用于检测悬浮永磁体的位移情况；