在 输入加速度计变化时，该区域上下移动，引起腔长的变化。
[0031] 如图3所示为本发明一种干涉型光纤加速度计探头的内视图，如图所示由光纤头 10与反射镜5组成干涉腔，其中腔长d为400-800um，光源信号传入光纤加速度计探头后在 干涉腔内发生双光束干涉。
[0032] 如图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，由图可知 弹性膜片7采用不锈钢材料，弹性膜片厚度为80-120um，表面利用激光刻蚀的方式加工有 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。
[0033] 如图5为本发明种干涉型光纤加速度计系统结构框图，如图所示干涉型光纤加速 度计系统包括宽谱光源11、输入光纤12、2X 1耦合器13、传输光纤14、加速度计探头15、输 出光纤16、光谱检测模块17和信号采集与处理系统18。
[0034] 来自宽谱光源11发出的光信号经输入光纤12传输至2X 1耦合器13,由2X 1耦 合器13将收到的光信号分成强度相等的两束光信号，其中一束光信号放弃，另一束光信号 经传输光纤14传输至光纤加速度计探头15,光纤头10端面和反射镜5平行位于光纤加速 度计探头15的内部，传输至光纤加速度计探头15的光信号先经过光纤头10,得到一路反 射光信号和一路透射光信号，透射的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，干涉光信号再经传输光纤14传输至2X 1耦合器13,由2X 1耦合器 13将收到的干涉光信号分成强度相等的两束光信号，其中一束光信号返回光源，另一束光 信号经输出光纤16进入光谱检测模块17,光谱检测模块17由衍射光栅和光电探测器阵列 组成，衍射光栅在空间上将干涉信号展开，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，发送给信号采集与处理系统18,信号采集与处理系统18包括FPGA、A/ D转换电路和数字信号处理器DSP，由FPGA控制A/D转换器对白光干涉光谱信号进行模数 转换，再经过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，再根据预先标定的腔长-加速度对应关系解调出待侧加速度的值。其中干涉光谱 中一个特定干涉级次m的谱峰对应的波长A ni，和腔长d之间的关系为：
[0035]
[0036] 其中识0.为初相位，即来自光反射时的相移和反射光親合进光纤时产生的相位变 化；n为光纤端面与反射镜之间的空气折射率；A ni为特定干涉级次m的谱峰对应的波长；d 为腔长。
[0037] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种干涉型光纤加速度计探头，其特征在于：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);其中上质量块（6)和下质量块（8)开有固定槽， 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) 固定在下质量块（8)的固定槽内，压板（2)放在弹性膜片（7)上，与固定底座（3)连接； 外壳（1)与固定底座（3)连接把上质量块（6)、下质量块（8)、弹性膜片（7)、压板（2)密封 其中，光纤夹具（4)固定在外壳（1)上。2. 根据权利要求1所述的一种干涉型光纤加速度计探头，其特征在于：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。3. 根据权利要求1所述的一种干涉型光纤加速度计探头，其特征在于：所述光纤头 (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⑷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，腔长（d)为 400-800um〇4. 根据权利要求1所述的一种干涉型光纤加速度计探头，其特征在于：所述弹性膜片 (7)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（7)厚度为80-120um。5. 根据权利要求1所述的一种干涉型光纤加速度计探头，其特征在于：反射镜（5)表 面镀银，反射率为95 % -99 %。6. -种干涉型光纤加速度计系统，其特征在于：包含权利要求1所述的干涉型光纤加 速度计探头（15)，还包括宽谱光源（11)、输入光纤（12)、2X1耦合器（13)、传输光纤（14)、 输出光纤（16)、光谱检测模块（17)和信号采集与处理系统（18); 宽谱光源（11):发出光信号并将光信号传输至2X1親合器（13); 2X1耦合器（13):接收来自宽谱光源（11)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（15);接收来自光纤加速度计探头（15)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（17); 光谱检测模块（17):其衍射光栅在空间上将来自2X1耦合器（13)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（18); 信号采集与处理系统（18):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； 干涉型光纤加速度计探头（15):接收由2X1耦合器（13)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（13)。7. 根据权利要求6所述的一种干涉型光纤加速度计系统，其特征在于还包括输入光纤 (12) 、传输光纤（14)和输出光纤（16);来自宽谱光源（11)发出的光信号经输入光纤（12) 传输至2X1耦合器（13)，光信号经耦合处理后通过传输光纤（14)传输至光纤加速度计探 头（15)进行双光束干涉处理，获得的双光束干涉信号经传输光纤（14)传输至2X1耦合器 (13) ;经2X1耦合器（13)耦合处理后的双光束干涉信号经输出光纤（16)传输至光谱检测 模块（17)。8.根据权利要求6所述的一种干涉型光纤加速度计系统，其特征在于，所述干涉型光 纤加速度计探头（15)进行双光束干涉处理的具体方法为：光纤头（10)端面和反射镜（5) 平行位于光纤加速度计探头（15)的内部，来自宽谱光源（11)发出的光信号传输至光纤加 速度计探头（15)先经过光纤头（10)，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。
【专利摘要】本发明涉及一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计系统，光纤加速度计探头利用外腔式法布里-珀罗干涉仪作为敏感元件，包括外壳、质量块、压板、固定底座、弹性膜片、反射镜、配重金属块、光纤头。光纤加速度计系统包括宽谱光源、光纤、2×1耦合器、光纤加速度计探头，光谱检测模块，信号采集与处理系统。本发明采用白光干涉测量技术无需外部信号调制可直接测得待测加速度引起的腔长变化，且结构简单、灵敏度高、动态范围大，易于实现加速度计的多维应用。
【IPC分类】G01P15/03
【公开号】CN105067838
【申请号】CN201510519101
【发明人】王明超, 王学锋, 唐才杰, 何哲玺, 蓝天
【申请人】北京航天控制仪器研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月21日