一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计，包括宽谱光源

【技术实现步骤摘要】
一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计


[0001]本专利技术涉及光学加速度传感
，具体设计一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计
。

技术介绍

[0002]惯性导航系统作为一种不依赖外界信息的自主导航系统在国防军事上拥有异乎寻常的重要性，在飞机导航
、
战术和战略导弹
、
航天器等领域都有着广泛的应用
。
加速度计是惯性导航系统中的重要组成部分，其通常被用于测量载体的加速度
。
而对于传统的加速度计来说，其通常为机电加速度计，一般情况下会在很大的程度上依赖于压电
、
电容以及压阻转换，包括压电材料
、
应变片和电容传感器，测量相对于局部参考的质量块的位移，将加速度计的质量块的位移转换为输出电压或者其他类型的电学信号
。
然而这种转换方法在灵敏度和精细度上受到了很大的限制，这对于很多需要更高精度的应用来说令人望而却步
。
但光学加速度计则可以弥补传统加速度计的这一缺点
。
光学谐振式加速度计作为光学加速度计一种重要类型，通常采用高精细的光学
F
‑
P
腔
(
法布里
‑
珀罗谐振腔
)
作为加速度计的敏感单元，通过
F
‑
P
腔为加速度计提供高精确度的同时也可以满足对微小位移量的高灵敏度测量
。
将质量块和一个固定端作为
Fr/>‑
P
腔的两个反射面，加速度引起的质量块的位移会导致
F
‑
P
谐振腔的质量块产生位移，从而使
F
‑
P
腔的透射谱发生频移，
F
‑
P
谐振腔的光学频移量与加速度成正比
。
光学谐振式加速度计除了自身的高精度与高灵敏度的优势之外，与常规的系统相比较其具有体积小
、
重量轻
、
具有较高的精确度和灵敏度，但成本相对较高，不易于大批量生产
。
[0003]但是，由于加速度计所使用的环境复杂性往往决定了加速度计在应用的过程中会被诸如温度
、
气压以及所处环境中的其他的振动等影响
。
因此，在加速度计的应用过程中，环境因素会对测得的结果产生较大的干扰，从而影响加速度计的测量结果的准确性，会带来较大的误差
。
因此，如何降低环境因素对加速度计测量结果的影响也成为了提升加速度计性能的一大挑战
。
[0004]另外，对于光学谐振式加速度计来讲，为提高检测精度，现有技术通常需要使用窄线宽激光器以及频率锁定技术
。
现有的光学加速度计基本上都是使用窄线宽激光器来充当加速度计的光源
。
但是，用激光器作为加速度计的光源虽然可以满足加速度计较高的精确度以及灵敏度，但其后续需要连接复杂的解调系统，这无疑是整个传感系统变的更加复杂，不可避免的增大了加速度计的体积，大大提高了成本
。
此外为了避免温度
、
湿度等缓慢变化的环境对测试结果的影响，往往需要对激光器和谐振腔进行频率锁定，提高了整体系统的复杂度，大大提高了成本
。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了解决现有技术中提高光学谐振式加速度计测量精度需要较大成本的问题，提出一种结构简单，成本低，精度高的光学谐振式加速度计，本专利技术提供一种基于
宽谱光源的光学谐振式加速度计
。
[0006]技术方案：一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计，包括宽谱光源
、
光学参考腔
、
敏感光学腔
、
电光调制器
、
光电探测器
、
电路模块以及结构相同的第一等边三角形棱镜与第二等边三角形棱镜；第一等边三角形棱镜
、
第二等边三角形棱镜均包括第一夹角
、
第一边和第二边，第一边为第一夹角的一个邻边，第二边为第一夹角的对边，等边三角形棱镜内嵌入
50
‑
50
非偏振分束器，所述
50
‑
50
非偏振分束器的一端固定在第一夹角，另一端固定在第二边的中点处；第一等边三角形棱镜的第二边与第二等边三角形棱镜的第二边相对放置，设
50
‑
50
非偏振分束器所在的线为轴线，在第一等边三角形棱镜与第二等边三角形棱镜之间轴线以上依次设置有光学参考腔和电光调制器，在轴线以下设置有敏感光学腔；光学参考腔和敏感光学腔均为
F
‑
P
腔，光学参考腔和敏感光学腔均平行于第一等边三角形棱镜
、
第二等边三角形棱镜的第二边；宽谱光源以垂直入射的方式入射到第一等边三角形棱镜的第一边，后分成两条光路，两条光路分别经过光学参考腔
、
敏感光学腔后在第二等边三角形棱镜中耦合，耦合后的光束由光电探测器探测，光电探测器连接电路模块
。
[0007]进一步地，所述敏感光学腔包括第一腔镜
、
垂直连接部
、
水平连接部
、
质量块及悬臂梁，所述水平连接部与第一腔镜之间通过垂直连接部连接，质量块的两端通过悬臂梁与水平连接部连接，悬臂梁一端连接水平连接部，悬臂梁另一端连接质量块，所述悬臂梁由氮化硅制成，质量块可在悬臂梁的连接下产生振动；所述第一腔镜为平面镜，质量块与第一腔镜相对的表面为平面镜
。
[0008]进一步地，所述光学参考腔包括第一腔镜
、
第二腔镜及连接部，所述第一腔镜和第二腔镜的两端通过连接部连接，所述第一腔镜和第二腔镜均是平面镜；所述光学参考腔的第一腔镜
、
第二腔镜和敏感光学腔的第一腔镜
、
质量块所采用的材料相同，所述光学参考腔和敏感光学腔的腔长相同
。
[0009]进一步地，第一等边三角形棱镜
、
第二等边三角形棱镜的第一边包括近夹角部和远夹角部，近夹角部的外侧面涂有增透涂层，远夹角部的外侧面涂有高反射涂层；第一等边三角形棱镜
、
第二等边三角形棱镜还包括第三边，第三边包括近夹角部和远夹角部，至少第三边的远夹角部的外侧面涂有高反射涂层
。
[0010]进一步地，所述电路模块包括依次连接的运算放大器
、
模数转换器
、
解调电路及
PC
端，电光调制器的输出端连接运算放大器的输入端
。
[0011]进一步地，不包含
PDH
锁频回路
。
[0012]相比较现有技术，本专利技术提供的一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计，存在以下有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于宽谱光源的光学谐振式加速度计，其特征在于，包括宽谱光源
、
光学参考腔
、
敏感光学腔
、
电光调制器
、
光电探测器
、
电路模块以及结构相同的第一等边三角形棱镜与第二等边三角形棱镜；第一等边三角形棱镜
、
第二等边三角形棱镜均包括第一夹角
、
第一边和第二边，第一边为第一夹角的一个邻边，第二边为第一夹角的对边，等边三角形棱镜内嵌入
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非偏振分束器，所述
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非偏振分束器的一端固定在第一夹角，另一端固定在第二边的中点处；第一等边三角形棱镜的第二边与第二等边三角形棱镜的第二边相对放置，设
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‑
50
非偏振分束器所在的线为轴线，在第一等边三角形棱镜与第二等边三角形棱镜之间轴线以上依次设置有光学参考腔和电光调制器，在轴线以下设置有敏感光学腔；光学参考腔和敏感光学腔均为
F
‑
P
腔，光学参考腔和敏感光学腔均平行于第一等边三角形棱镜
、
第二等边三角形棱镜的第二边；宽谱光源以垂直入射的方式入射到第一等边三角形棱镜的第一边，后分成两条光路，两条光路分别经过光学参考腔
、
敏感光学腔后在第二等边三角形棱镜中耦合，耦合后的光束由光电探测器探测，光电探测器连接电路模块
。2.
根据权利要求1所述的基于宽谱光源的光学谐振式加速度计，其特征在于，所述敏感光学腔包括第一腔镜
、
垂直连接部
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彦汝，刘润东，刘文耀，邢恩博，唐军，刘俊，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：