一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头及系统，光纤加速度计探头包括光纤头、光纤夹具、反射镜、集成外壳、第一弹性簧片、第二弹性簧片、第一质量块、中心质量块、第二质量块和底座环；光纤头固定在光纤夹具上，且光纤头的光纤端面与反射镜形成法布里

【技术实现步骤摘要】
一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头及系统


[0001]本专利技术属于光纤干涉测量领域，具体涉及一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头及系统。

技术介绍

[0002]加速度计是测量物体加速度的惯性仪表，在加速度测量系统中具有重要作用，被广泛应用于生物医学、交通应用、地质灾害预测和航空航天等领域。根据检测方式不同，可以将加速度计分为电容式、压阻式、谐振式和光学式等，其中光学式加速度计具有精度高、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点。同时，光纤干涉型加速度计的信号处理单元与无源传感探头完全分离，可有效降低器械故障带来的维修成本，非常适合用于复杂恶劣的环境。
[0003]由光纤端面和外部反射镜构成的非本征光纤法布里
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珀罗(Fabry
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Perot,F
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P)干涉仪具有共模噪声抑制能力强、无接触和结构简单等优点，被广泛应用于加速度测量，其工作原理为：外界加速度引起的外部反射镜位移变化，使得法布里
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珀罗腔的腔长发生改变，导致干涉相位变化，通过相位解调和光强解调等方式可以获取加速度信息。
[0004]目前，基于金属挠性弹簧振子系统的加速度计已经有所报道，专利文献(201510519101.4)公开了一种干涉型光纤加速度计探头及光纤加速度计系统，其提出一种两圈花瓣状分布弧形阵列的弹性膜片，具有很好的平面对称性，可提高加速度值的测量精度，然而该干涉型光纤加速度计探头的弹簧振子系统采用单簧片支撑结构，容易引入横向串扰，影响加速度值的测量。此外，该装置对于弹簧振子系统的设计加工中，光纤头与弹簧振子系统集成后形成的法布里
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珀罗腔初始腔长为固定值，无法灵活控制法布里
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珀罗腔的初始腔长。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头及系统，旨在解决现有技术中单簧片支撑结构容易引入横向串扰以及无法灵活控制法布里
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珀罗腔初始腔长的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头，包括：光纤头、光纤夹具、反射镜、集成外壳、第一弹性簧片、第二弹性簧片、第一质量块、中心质量块、第二质量块和底座环；光纤头固定在光纤夹具上，且光纤头的光纤端面与反射镜形成法布里
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珀罗腔干涉腔；法布里
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珀罗腔干涉腔的初始腔长可调；第一质量块和第二质量块对称地固定在中心质量块两侧；第一弹性簧片的中心固定在第一质量块上，第二弹性簧片的中心固定在第二质量块上；第一弹性簧片边缘与底座环连接，第二弹性簧片边缘与底座环连接；集成外壳与底座环连接，且用于将由第一弹性簧片、第二弹性簧片、第一质量块、中心质量块和第二质量块构成的弹簧振子结构密封。工作时，可以采用固定支架将光纤加速度计探头固定在待测物体上。
[0007]更进一步地，光纤加速度计探头还包括：第一簧片内夹板、第二簧片内夹板、第一
簧片外夹板和第二簧片外夹板；第一弹性簧片的中心通过第一簧片内夹板固定在第一质量块上，第二弹性簧片中心通过所述第二簧片内夹板固定在第二质量块上；第一弹性簧片边缘通过第一簧片外夹板与底座环连接，第二弹性簧片边缘通过第二簧片外夹板与底座环连接。
[0008]更进一步地，光纤加速度计探头还包括：第一凸台和第二凸台，第一凸台固定在第一质量块上，第二凸台固定在第一凸台上；反射镜固定在第一凸台和第二凸台的平面上。
[0009]更进一步地，光纤夹具上设置有外螺纹，集成外壳上设置有内螺纹，通过将光纤夹具旋入集成外壳使得光纤头与反射镜之间的距离可调，实现所述法布里
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珀罗腔干涉腔的初始腔长可调。
[0010]更进一步地，光纤头为光纤跳线插头，光纤头的光纤端面经微球面研磨抛光，且所述法布里
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珀罗腔干涉腔的腔长为900μm～2000μm。
[0011]更进一步地，第一弹性簧片和第二弹性簧片的形状为两圈六环形槽口的圆形结构，且其厚度为80μm～120μm。
[0012]更进一步地，反射镜镀有薄膜材料，且所述薄膜材料的反射率为0.04～1。
[0013]更进一步地，光纤加速度计探头还包括：第一配重块和第二配重块，所述第一配重块固定在第二质量块上，第二配重块固定在所述第一配重块上。
[0014]本专利技术还提供了一种双簧片对称支撑结构的光纤加速度计系统，包括光纤加速度计探头、检测光源、光学模块、光电检测模块和信号采集系统；所述光纤加速度计探头为上述的光纤加速度计探头；光学模块包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口连接检测光源，第二端口连接光纤加速度计探头，第三端口连接光电检测模块，第一端口的输入光经第二端口输出，第二端口的输入光经第三端口输出；光纤加速度计探头用于将加速度信号转化为光学信号；检测光源用于提供系统所需激光；光学模块用于将激光输入至光纤加速度计探头，并将光纤加速度计探头的光学信号导入光电检测模块；光电检测模块用于将光纤加速度计探头的光学信号转化为电学信号；信号采集系统用于采集和处理电学信号，得到加速度信号。
[0015]其中，检测光源可以为窄线宽光纤激光器，光学模块可以为光纤环形器。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0017](1)本专利技术中，由于两个弹性簧片对称地支撑质量块，可减小垂直于输入轴方向的横向串扰。同时，双簧片与单簧片相比，可支撑较大质量块，从而减小加速度计弹簧振子结构的机械热噪声。
[0018](2)本专利技术中，由于在光纤夹具和集成外壳上都开有螺纹，通过将光纤夹具以螺旋的方式旋入集成外壳内部，可灵活控制法布里
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珀罗腔的初始腔长。
[0019](3)本专利技术提供的双簧片对称支撑结构的光纤加速度计探头采用光纤法布里
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珀罗干涉腔作为敏感结构，光纤头的光纤端面与反射镜形成法布里
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珀罗腔干涉腔，具有很好的共模噪声抑制特性，可以对待测量进行高精度测量；且加速度计探头的横向串扰低，使得加速度测量噪声更低，从而使得加速度测量精度高。因此本专利技术具有结构简单、体积小、容易加工，可集成在各种装置设备上实现高精度加速度检测的优点。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例提供的一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头的结构内部剖面示意图；
[0021]图2(a)为本专利技术实施例提供的一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头的内视图之一；
[0022]图2(b)为本专利技术实施例提供的一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头的内视图之二；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头的斜视图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头的非本征光纤法布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称式双簧片支撑结构的光纤加速度计探头，其特征在于，包括：光纤头(1)、光纤夹具(2)、反射镜(3)、集成外壳(5)、第一弹性簧片(8a)、第二弹性簧片(8b)、第一质量块(9a)、中心质量块(10)、第二质量块(9b)和底座环(13)；所述光纤头(1)固定在所述光纤夹具(2)上，且所述光纤头(1)的光纤端面与所述反射镜(3)形成法布里
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珀罗腔干涉腔；所述法布里
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珀罗腔干涉腔的初始腔长可调；所述第一质量块(9a)和所述第二质量块(9b)对称地固定在所述中心质量块(10)两侧；所述第一弹性簧片(8a)的中心固定在第一质量块(9a)上，第二弹性簧片(8b)的中心固定在第二质量块(9b)上；第一弹性簧片(8a)边缘与底座环(13)连接，第二弹性簧片(8b)边缘与底座环(13)连接；所述集成外壳(5)与所述底座环(13)连接，且用于将由第一弹性簧片(8a)、第二弹性簧片(8b)、第一质量块(9a)、中心质量块(10)和第二质量块(9b)构成的弹簧振子结构密封。2.如权利要求1所述的光纤加速度计探头，其特征在于，所述光纤加速度计探头还包括：第一簧片内夹板(6a)、第二簧片内夹板(6b)、第一簧片外夹板(7a)和第二簧片外夹板(7b)；所述第一弹性簧片(8a)的中心通过所述第一簧片内夹板(6a)固定在所述第一质量块(9a)上，所述第二弹性簧片(8b)中心通过所述第二簧片内夹板(6b)固定在所述第二质量块(9b)上；所述第一弹性簧片(8a)边缘通过所述第一簧片外夹板(7a)与所述底座环(13)连接，所述第二弹性簧片(8b)边缘通过所述第二簧片外夹板(7b)与所述底座环(13)连接。3.如权利要求1或2所述的光纤加速度计探头，其特征在于，所述光纤加速度计探头还包括：第一凸台(4a)和第二凸台(4b)，所述第一凸台(4a)固定在所述第一质量块(9a)上，所述第二凸台(4b)固定在所述第一凸台(4a)上；所述反射镜(3)固定在所述第一凸台(4a)和所述第二凸台(4b)的平面上。4.如权利要求1
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3任一项所述的光纤加速度计探头，其特征在于，所述光纤夹具(2)上设置有外螺纹，所述集成外壳(5)上设置有内螺纹，通过将光纤夹具(2)旋入集成外壳(5)使得所述光纤头(1)与所述反射镜(3)之间的距离可调，实现所述法布里
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珀罗腔干涉腔的初始腔长可调。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志林，王晓云，严世涛，梁浴榕，周泽兵，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：