一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种加速度计，特别是一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计 系统。
【背景技术】
[0002] 干涉型光纤加速度计是基于光学信号检测位移原理的新型加速度计。相比于传统 的机械式加速度计，具有体积小、重量轻、动态范围大、抗电磁干扰的优点。在组成全光纤惯 性系统方面具有重要的应用前景，还可以用于地震监测、安防预警以及桥梁等结构的健康 监测。
[0003] 现有干涉型光纤加速度计采用简单金属片作为弹性膜片的结构，设计简单，灵敏 度较低；而表面加工有圆网状结构的弹性膜片，其每个圆环上只有一个对称轴，平面对称性 较差，影响加速度值的精确测量。且现有的解调方法多采用相位生成载波技术，通过对干涉 信号的调制和解调实现对加速度值的测定，该解调方法复杂，需要借助外部信号调制，不利 于多维加速度计的集成化和系统的小型化。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种干涉型光纤加速度计探头 及光纤加速度计系统。
[0005] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0006] -种干涉型光纤加速度计探头，包括外壳、压板、固定底座、光纤夹具、反射镜、上 质量块、弹性膜片，下质量块、配重金属块和光纤头；其中上质量块和下质量块开有固定槽， 对称的固定在弹性膜片两侧，反射镜固定在上质量块的固定槽内，配重金属块固定在下质 量块的固定槽内，压板放在弹性膜片上，与固定底座连接；外壳与固定底座连接把上质量 块、下质量块、弹性膜片、压板密封其中，光纤夹具固定在外壳上。
[0007] 在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述的干涉型光纤加速度计探头采用外 腔式法布里-珀罗干涉仪作为敏感元件。
[0008] 在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述光纤头为跳线插头，表面为氧化锆 陶瓷材料，光纤头固定在光纤夹具内，并通过光纤夹具中心通孔进入外壳，光纤头与反射镜 组成干涉腔，腔长为400-800um。
[0009] 在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述弹性膜片采用激光刻蚀的方式加工 两圈花瓣状分布的弧形阵列，弹性膜片厚度为80-120um。
[0010] 在上述的一种干涉型光纤加速度计探头，所述反射镜表面镀银，反射率为 95% -99%。
[0011] -种干涉型光纤加速度计系统，包含权利要求1所述的干涉型光纤加速度计探 头，还包括宽谱光源、输入光纤、2 X 1親合器、传输光纤、输出光纤、光谱检测模块和信号米 集与处理系统；
[0012] 宽谱光源：发出光信号并将光信号传输至2X 1親合器；
[0013] 2X1耦合器：接收来自宽谱光源的光信号并进行耦合处理，将其中一路光信号传 输至光纤加速度计探头；接收来自光纤加速度计探头的双光束干涉信号并进行耦合处理， 将其中一路双光束干涉光信号传输至光谱检测模块；
[0014]光谱检测模块：其衍射光栅在空间上将来自2X 1耦合器的双光束干涉信号展开， 并由光电探测器阵列将光信号转换为电信号，获得白光干涉光谱信号，发送给信号采集与 处理系统；
[0015] 信号采集与处理系统：包括FPGA、A/D转换电路和数字信号处理器DSP，FPGA控制 A/D转换器对白光干涉光谱信号进行模数转换，经过FPGA的预处理后传送给数字信号处理 器DSP，根据谱峰级次的变化测出干涉腔长值，通过预先标定的腔长-加速度对应关系解调 出待侧加速度的值；
[0016] 干涉型光纤加速度计探头：接收由2X1耦合器发出的耦合处理后的光信号，并进 行双光束干涉处理，将得到的双光束干涉信号返回至2X 1耦合器。
[0017] 在上述的一种干涉型光纤加速度计系统，还包括输入光纤、传输光纤和输出光纤； 来自宽谱光源发出的光信号经输入光纤传输至2X 1耦合器，光信号经耦合处理后通过传 输光纤传输至光纤加速度计探头进行双光束干涉处理，获得的双光束干涉信号经传输光纤 传输至2X 1親合器；经2X 1親合器親合处理后的双光束干涉信号经输出光纤传输至光谱 检测模块。
[0018] 在上述的一种干涉型光纤加速度计系统，所述干涉型光纤加速度计探头进行双光 束干涉处理的具体方法为：光纤头端面和反射镜平行位于光纤加速度计探头的内部，来自 宽谱光源发出的光信号传输至光纤加速度计探头先经过光纤头，得到一路反射光信号和一 路透射光信号，透射光信号经过反射镜得到另一路反射光信号，两路反射信号发生双光束 干涉，形成双光束干涉信号。
[0019] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0020] (1)本发明设计了一种干涉型光纤加速度计探头，采用激光刻蚀的方式在弹性膜 片上加工两圈花瓣状分布的弧形阵列，使其成为双渐开线式弹簧膜片结构，其优点是轴向 可变位移量大，能够实现较大的量程和较高的灵敏度。同时其平面对称性好，可以减小来自 垂直于输入轴方向的交叉串扰，提高加速度计的测量精度。
[0021] (2)、本发明设计了一种干涉型光纤加速度计探头，其结构简单、体积小、重量轻、 容易加工、易于加速度计的多维应用。
[0022] (3)、本发明设计了一种干涉型光纤加速度计系统，基于白光干涉测量技术，无需 外部信号的调制，解调方法简单，可直接根据信号光谱的变化解调出腔长的绝对值，得出待 测加速度值。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的正视图；
[0024] 图2为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的俯视图；
[0025] 图3为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的内视图；
[0026] 图4为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的弹性膜片结构示意图；
[0027] 图5为本发明种干涉型光纤加速度计系统结构框图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0029] 如图1所示为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的正视图，如图所示，干涉型 光纤加速度计探头包括外壳1、压板2、固定底座3、光纤夹具4、反射镜5、上质量块6、弹性 膜片7,下质量块8、配重金属块9和光纤头10,并采用外腔式法布里-珀罗干涉仪作为敏感 元件；其中两个质量块6、8上均开有固定槽，且上下对称的固定在弹性膜片7两侧，反射镜 5固定在上质量块6的固定槽内，配重金属块9对称的固定在下质量块8的槽内，压板2放 在弹性膜片7上，用螺钉与固定底座3连接，使弹性膜片7中心圆形区域悬空，外壳1与固 定底座3连接把上质量块6、弹性膜片7、下质量快8密封其中。光纤夹具4固定在外壳1 中心的安装孔内，光纤头10为跳线插头，表面为氧化锆陶瓷材料，光纤头10固定在光纤夹 具4内，并通过光纤夹具4中心通孔进入外壳1，光纤头10与反射镜5组成干涉腔。
[0030] 如图2所示为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的俯视图，如图所示，外壳1与 固定底座3连接把质量块6和8、弹性膜片7、压板2密封其中，光纤夹具4固定在外壳中心 的安装孔内。具体安装过程为：上质量块6下部设计有圆形突起，通过弹性膜片7中心的安 装孔嵌入下质量块8的中央凹陷，预先已在各接触面之间涂有环氧树脂，固定好之后放在 加热台上加热半小时，然后分别将下表面涂有环氧树脂的反射镜5和配重金属块9放在上、 下质量块6、8的固定槽中加热固化。压板放在弹性膜片7上，通过四个角上的螺纹孔将弹 性膜片7固定在固定底座3上，使得固定有质量块6、8的弹性膜片7中心圆形区域悬空，