基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计，它结构合理，可有效抑制噪声干扰。包括激光器，激光器输出光波由频率发生器进行频率调制，调制后光波送入光纤耦合器a进行分离，一束光波由光电探测器a接收并经锁相放大器a输入计算机；迈克尔逊干涉仪中采用光纤耦合器b、敏感元件、以及反射元件a、反射元件b对光波进行干涉，光纤耦合器b输出的反射光由光电探测器b接收，经锁相放大器b送入计算机；锁相放大器a、b均与频率发生器连接以锁定频率。
【专利说明】 基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光纤加速度计，尤其涉及一种基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计。
【背景技术】
[0002]目前研究和市场上提出的光纤加速度计面临的主要问题是稳定性差，易受光源功率和环境因素的影响。在信号解调系统中，相位解调方法易受环境干扰，而测量灵敏度依赖于解调方法，并且大多研究只是根据一段时间内测量出的光纤干涉仪相位变化，进而解调得到一个平均加速度，并不能分析得到瞬时加速度。如果只能计算平均加速度，那么测量加速度的准确性就不高，在各种研究或工业应用领域中，涉及加速度测量而导致的最终结果准确度就会相对较低。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的就是为解决上述问题，提供一种基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计，它结构合理，可有效抑制噪声干扰。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]一种基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计，它包括激光器，激光器输出光波由频率发生器进行频率调制，调制后光波送入光纤耦合器a进行分离，一束光波由光电探测器a接收并经锁相放大器a输入计算机，从而确定进入迈克尔逊干涉仪的另一束光的光强；迈克尔逊干涉仪中采用光纤耦合器b、敏感元件、以及反射元件a、反射元件b对光波进行干涉，光纤耦合器b输出的反射光由光电探测器b接收，经锁相放大器b送入计算机；锁相放大器a、b均与频率发生器连接以锁定频率。
[0006]所述反射元件a和反射元件b的结构相同，均是在光纤探头端面放置铝箔而成。
[0007]所述敏感元件包括支撑柱体，光纤缠绕在支撑柱体上，在支撑柱体上套装圆环状质量块，将缠绕的光纤分为上下两层，被分开的光纤层就是干涉仪的两支干涉臂；质量块在受到向上的力F作用后向支撑柱体上侧方向挤压，上层光纤受力后向外扩张，下层光纤则向内收缩，引起光纤长度和折射率变化，使干涉臂臂长产生位移。
[0008]本实用新型巧妙地将干涉仪的臂长的变化转化成干涉仪输出信号频率的变化，用可调谐半导体激光器的高速频率调制光通过光纤干涉仪调制后产生输出信号的频率和光程差之间存在一定的关系，这种输出信号处理和干涉仪条纹计数方法有本质的区别。
[0009]本实用新型的有益效果是:我们提出的基于频率调制的光纤加速度计研究思路，巧妙地将干涉仪的臂长的变化转化成干涉仪输出信号频率的变化，用可调谐半导体激光器的高速频率调制光通过光纤干涉仪调制后产生输出信号的频率和光程差之间存在一定的关系，这种输出信号处理和干涉仪条纹计数方法有本质的区别。可以克服光源功率变化造成的不利影响，测量了瞬时频率，从而计算出瞬时加速度，其响应频率比其他方法高得多。针对环境对测量结果的影响，由于环境变化和加速度的信号特征可以用不同的经验模式函数来进行分解，实现加速度的精确测量。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的结构示意图；
[0011]图2为本实用新型的方法流程图；
[0012]图3为敏感元件结构图；
[0013]图4为反射元件结构图。
[0014]其中，1.激光器,2.光纤稱合器a, 3.光纤稱合器b, 4.敏感兀件，5.发射兀件a,
6.发射元件b，7.光电探测器a，8.光电探测器b，9.支撑柱体，10.质量块，11.频率发生器，12.锁相放大器a，13.锁相放大器b，14.计算机，15.光纤探头，16.铝箔。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。
[0016]图1中，就是本系统的光传输原理图。图中，右向箭头表示光波未到达两反射元件的传输方向，左向箭头表不光波被两反射兀件反射后的传输方向。
[0017]频率发生器11同时连接着激光器I和两台锁相放大器al2、bl3，使它们调制在同一频率，以便进行频率调制。
[0018]激光器I发出光波，经过频率发生器11调制后送入光纤耦合器a2分为光强大小相等的两束，其中一束作为入射光信号被光电探测器a7接收并经锁相放大器al2输入计算机14 (当然也可能分离的两束光的光强不等，这时通过测算入射光的光强即可得到另一束的光的光强大小)。另一束光进入光纤耦合器b3又一次被分为两束，两束光波在干涉臂中传输，经过敏感元件4后分别到达反射元件a5、b6，反射的光波沿原路返回至光纤耦合器b3，最后光信号作为输出信号被光电探测器b8接受，并经锁相放大器13b输入计算机14。
[0019]在迈克尔逊干涉仪中，干涉臂末端的两面反射镜对整个干涉系统来说虽然简单却至关重要。同理，根据迈克尔逊干涉仪所制成的光纤加速计，反射镜依然不可轻视。随着人们对光纤干涉仪的研究深入，反射镜的形式从最初的也是最简陋的真实镜面，演变成了光纤端面直接镀反射膜。
[0020]对于用真实镜面作为干涉仪的反射镜来说，由于调节起来很难使镜面同光纤端面完全平行，非常麻烦，对研究造成了一定的不便。而后来发展的光纤镀膜，的确在技术上有了很大进步，而且价格也不是很高。但是，因为很多实验室的条件有限，没有专业的镀膜设备，人们只能从专业厂家进行采购，而且不同的光波对反射膜的需求也不同，造成了一定的不便。
[0021]本实用新型提出一种新的反射镜模型，将一种高纯度高平整度的铝箔16紧密放置在光纤探头15端面充当反射镜，如图4所示。这种铝箔16的反射率对于可见光380nm到765nm之间的波段可达70%到80%，但在红外760nm到5050nm的波段却高达75%到100%，而本系统中光波处于红外波段，且纤干涉仪对于输出光强的强度要求较高，正好适用。铝箔反射镜面设计简单，成本低廉，使用方便，构成了良好的反射系统。
[0022]下面是经过比较和筛选出来的一组系统的传输数据:
[0023]当光波频率f=424.5Hz时，
【权利要求】
1.一种基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计，其特征是，它包括激光器，激光器输出光波由频率发生器进行频率调制，调制后光波送入光纤耦合器a进行分离，一束光波由光电探测器a接收并经锁相放大器a输入计算机，从而确定进入迈克尔逊干涉仪的另一束光的光强；迈克尔逊干涉仪中采用光纤耦合器b、敏感元件、以及反射元件a、反射元件b对光波进行干涉，光纤耦合器b输出的反射光由光电探测器b接收，经锁相放大器b送入计算机；锁相放大器a、b均与频率发生器连接以锁定频率。
2.如权利要求1所述的基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计，其特征是，所述反射元件a和反射元件b的结构相同，均是在光纤探头端面放置铝箔而成。
3.如权利要求1所述的基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计，其特征是，所述敏感元件包括支撑柱体，光纤缠绕在支撑柱体上，在支撑柱体上套装圆环状质量块，从而将光纤分为上下两层，作为两支干涉臂；质量块在受到向上的力F作用后向支撑柱体上侧方向挤压，上层光纤受力后向外扩张，下层光纤则向内收缩，引起光纤长度和折射率变化，使干涉臂臂长产生位移。
【文档编号】G01P15/03GK203465292SQ201320571225
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】赵曰峰, 张童心, 魏冬梅, 陈兴海, 季作亮 申请人:山东师范大学