[发明专利]一种同时测量轴向加速度与水平旋转角速度的光纤传感装置

摘要

本发明设计属于光纤干涉仪测量领域，具体涉及到一种同时测量轴向加速度与水平旋转角速度的光纤传感装置。本发明包括传感光路20，传感壳体10与光源采集卡；传感光路20中，宽谱光输入211连接至环形器231a端口；环形器231的b、c端口分别连接至1号探测器201与第一耦合器221的一个输入端；第一耦合器221的另一个输入端连接至窄线宽激光输入212。本发明将迈克尔逊干涉仪与萨格纳克干涉仪复用，同时完成对旋转速度与垂直方向加速度的测量。体积小，质量轻，相比于传统的加速度计与旋转速度测量装置，更便于布设安装。依托光纤相位调制解调方法，将被测物理量转换成干涉仪的相位变化，具有更高的灵敏度与动态范围。

主权项

1.一种同时测量轴向加速度与水平旋转角速度的光纤传感装置，其特征在于：包括传感光路(20)，传感壳体(10)与外围设备；传感光路(20)中，宽谱光输入(211)连接至环形器(231)a端口；环形器(231)的b、c端口分别连接至1号探测器(201)与第一耦合器(221)的一个输入端；第一耦合器(221)的另一个输入端连接至窄线宽激光输入(212)；第一耦合器(221)的一个输出端通过第一连接光纤(a)连接至外层光纤环(242)，外层光纤环(242)通过第三连接光纤(c)连接至波分复用器(245)的一个输入端；第一耦合器(221)的另一个输出端通过第二连接光纤(b)连接至相位调制器(251)，之后通过第五连接光纤(e)连接至内层光纤环(243)，之后通过第四连接光纤(d)连接至波分复用器(245)的一路输出端口；波分复用器(245)的另外一对输入输出端口连接至第二耦合器(222)；第二耦合器(222)的输出端口分别连接至2号探测器(202)与3号探测器(203)；第一耦合器(221)，外层光纤环(242)，内层光纤环(243)构成萨格纳克干涉仪；外层光纤环(242)，内层光纤环(243)，波分复用器(245)与第二耦合器(222)构成马赫泽德干涉仪；第一耦合器(221)，第二耦合器(222)，环形器(231)与波分复用器(245)同时粘贴于弹性盘片(303)的下表面，外层光纤环(242)，内层光纤环(243)则粘贴于弹性盘片(303)的上表面，弹性盘片(303)中间掏空，安装质量感应块(321)；所述的传感壳体(10)，由封装壳上盖(110)，底座输出端口(113)部件组成，传感器上盖(110)通过8个内六角螺丝(1101)将传感器密封，传感器上盖(110)下方有气密胶垫(1102)，与传感器上盖(110)共同固定；传感探头中部为由马赫泽德干涉仪与萨格纳克干涉仪复合而成的复用干涉仪；传感光路(20)输出端的三个光纤接头通过第一输出光纤(201a)，第二输出光纤(202a)，第三输出光纤(203a)连接至光电转换模块(140)处；光电转换模块(140)的输出端连接至底座输出端口(113)的加速度输出信号(1132)，旋转角速度输出信号(1133)，光电转换模块(140)的输入端连接至调相波输入信号(1131)；窄线宽光源输入法兰盘(1134)与宽谱光源输入法兰盘(1135)通过第一输入光纤(211a)，第二输入光纤(212a)连接至宽谱光输入(211)与窄线宽激光输入(212)；传感光路由马赫泽德干涉仪与萨格纳克干涉仪复合而成，其中马赫泽德干涉仪用于测量轴向加速度，萨格纳克干涉仪用于测量旋转角速度；马赫泽德干涉仪的工作光路如下：窄线宽激光输入(212)通过第一耦合器(221)将光注入到外层光纤环(242)中，至波分复用器(245)处；另一路光沿内层光纤环(243)传输，至相位调制器(251)处，至波分复用器(245)处；所述的外围设备，包括窄线宽光源(152)，宽谱光源(153)，数据采集卡(151)与计算机(150)；数据采集卡(151)输出调相波信号至相位调制器(251)，其输入端连接至加速度输出信号(1132)与旋转角速度输出信号(1133)，最后连接至计算机(150)，加速度信号与旋转角速度信号实时显示于计算机(150)处；窄线宽光源(152)与宽谱光源(153)分别连接至窄线宽光源输入法兰盘(1134)与宽谱光源输入法兰盘(1135)。