【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光技术及计量校准领域，尤其涉及一种基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，主要用于加速度计灵敏度的绝对校准。
技术介绍
1、加速度计是一种测量加速度的装置，它可以测量物体在受到外力作用时产生的加速度，按照测量原理不同，可分为机械式、电压式、电容式等。
2、加速度计在许多领域都有广泛的应用，如汽车、航空航天、消费电子、医疗、工业自动化、精密仪器振动补偿等领域。如在原子重力仪工作过程中，任何微小振动对重力的测量精度都有十分大的影响，因此对原子重力仪探头进行主动式隔振显得尤为重要，主动隔振中加速度计灵敏度的精确程度决定了对重力值振动补偿的准确程度。为了确保加速度测量的精度与可靠性，需要定期对加速度计进行灵敏度校准。
3、现有中国专利《基于数字解码的高精度外差激光干涉振动校准方法》授权公告号cn109506773b公开了一种基于数字解码的高精度外差激光干涉振动校准方法，包括：以固定采样频率同步采集外差激光干涉仪输出的s/pdif信号与被校振动传感器及测量仪的输出电压信号；通过对采集的s/pdif信号进行解码，并利用混合插值算法剔除解码信号的噪声点；再对输出电压信号与解码的振动激励信号对齐处理，保证被校振动传感器及测量仪的校准精度；最后基于正弦逼近法(sam)拟合解码的振动激励信号与输出电压信号，获得被校振动传感器及测量仪的输入激励加速度峰值与初相及其输出电压信号的峰值与初相，以实现振动校准。
4、上述专利利用外差激光干涉仪做到了对加速度计灵敏度的标定。该专利技术中的外差激光干
5、由于加速度计种类繁多、加速度计灵敏度校准精度要求高等问题，因此，急需设计一种同步性更强、准确性和精度更高同时装置简单的加速度计灵敏度校准方法。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，该方法提高了加速度计灵敏度校准的准确性和精度。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，采用运动模块、激光干涉模块以及信号发射及处理模块对加速度计灵敏度进行同步校准，所述运动模块包括直线电机、动子和后向反射镜，所述后向反射镜和加速度计均固定在动子上，所述激光干涉模块包括激光器、分光棱镜和声光调制器，所述信号发射及处理模块包括信号源和同步采集模块；具体步骤如下：
4、所述激光器输出的激光先通过第一个分光棱镜，一部分光进入声光调制器中进行移频形成第一光信号，另一部分光经过反射至第二个分光棱镜形成第二光信号；
5、驱动与直线电机连接的动子运动，第一光信号再经过动子上的后向反射镜反射后与第二光信号形成干涉信号，所述干涉信号输入至同步采集模块；
6、所述信号源输出一路同相信号和一路正交信号，且均输入至同步采集模块；所述同步采集模块对干涉信号和正交信号、同相信号做正交下混频调制与解调，同时同步采集模块采样加速度计的电压信号，最终输出同步后的相位信号和电压信号。
7、作为优选方案：所述同步采集模块对同步后的信号做快速傅里叶变换后，通过频谱分析计算加速度计灵敏度，复振幅的振幅之比为灵敏度，复数振幅相角之差为加速度相位响应。
8、作为优选方案：所述同步采集模块为fpga模块，所述fpga模块采集正交信号后进行反正切运算并连续相位追踪，得到大量程的位移信号；所述fpga模块驱动adc模块采集加速度信号和解调后的低频位移信号；通过降采样的方法去除干涉信号中的高频噪声，并与加速度计信号做时间同步；达到信息高同步性后能够方便地算出加速度计灵敏度，做到对其灵敏度的校准。
9、作为优选方案：所述信号源输出两路相位相互正交的80mhz参考信号，一路为同相信号，另一路为正交信号。
10、作为优选方案：所述同步采集模块使用两个射频混频器，将干涉信号分别与信号源的同相信号、正交信号混频，然后低通滤波得到低于40mhz的低频正交信号；所述同步采集模块使用采样率为100mhz的adc模块采集正交信号x、y，在同步采集模块内计算反正切得到-180°到180°的相位；并且根据高频相位的连续性，排除在10ns内相位超过180°的跳变，相邻两个相位信号的采样点相位跳变超出180°时进行360°的相位修正；再通过分组降采样，得到100khz位移信号。
11、作为优选方案：所述加速度计的信号通过adc模块同步采集，并作为激光干涉信号1000倍降采样的同步输入，使得激光干涉的位移信号和加速度计信号硬件同步。
12、作为优选方案：所述同步采集模块提供同步采样的时间100mhz，100mhz时钟分频得到加速度计的adc模块的采样时钟为100khz。
13、作为优选方案：外差激光干涉计算方法如下：
14、设加速度计位移变化量为δx，故通过后向反射镜反射的光程差为2δx；得到干涉的几何相位差为干涉的两路光束的相位差包含80mhz频差的相位累积，探测器上的光强信号为将干涉信号和正交参考信号混频，得到下混频后的信号x：包含y：包含做反正切运算并进行相位还原，后得到的相位差为此时测量的位移量则为：
15、作为优选方案：所述加速度计的校准方法如下：
16、在直线电机由正弦信号驱动下，加速度计位移变化量为δx＝axsin(ωt)，对应的加速度为ax＝-axω2sin(ωt)；加速度计输出的电压信号应为其中为va为加速度计的幅度响应，为加速度计在ω角频率的相位响应；通过外差激光干涉测量出的位移信号与加速度计输出电压信号可以计算出加速度计的灵敏度为mv/(m·s-2)；将测量的位移δx和做傅里叶变换后可以分别得到在ω角频率处的复振幅：cδx和其中angle是复数的相位角函数，是加速度计的相位响应。
17、作为优选方案：所述同步采集模块之前还设有光电二极管，所述干涉信号通过光电二极管后转化为电信号再输入至同步采集模块。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术使用直线电机作为后向反射镜和加速度计的驱动装置，可以做到几十厘米运动范围内百纳米的控制精度，有利于提高加速度计校准的精度；且本专利技术通过声光调制器进行激光移频，通过外差激光干涉的办法将加速度计的位移信息转换为激光的相位信息，相较于传统的计数激光干涉条纹来计算加速度计位移量的方法有效提高了对位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：采用运动模块、激光干涉模块以及信号发射及处理模块对加速度计灵敏度进行同步校准，所述运动模块包括直线电机(3)、动子(4)和后向反射镜(6)，所述后向反射镜(6)和加速度计(5)均固定在动子(4)上，所述激光干涉模块包括激光器(10)、分光棱镜(9)和声光调制器(8)，所述信号发射及处理模块包括信号源(1)和同步采集模块(2)；具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)对同步后的信号做快速傅里叶变换后，通过频谱分析计算加速度计灵敏度，复振幅的振幅之比为灵敏度，复数振幅相角之差为加速度相位响应。
3.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)为FPGA模块，所述FPGA模块采集正交信号后进行反正切运算并连续相位追踪，得到大量程的位移信号；所述FPGA模块驱动ADC模块采集加速度信号和解调后的低频位移信号；通过降采样的方法去除干涉信号中的高频噪声，并与加速度计信号做时
4.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述信号源(1)输出两路相位相互正交的80MHz参考信号，一路为同相信号，另一路为正交信号。
5.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)使用两个射频混频器，将干涉信号分别与信号源(1)的同相信号、正交信号混频，然后低通滤波得到低于40MHz的低频正交信号；所述同步采集模块(2)使用采样率为100MHz的ADC模块采集正交信号X、Y，在同步采集模块(2)内计算反正切得到-180°到180°的相位；并且根据高频相位的连续性，排除在10ns内相位超过180°的跳变，相邻两个相位信号的采样点相位跳变超出180°时进行360°的相位修正；再通过分组降采样，得到100kHz位移信号。
6.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述加速度计(5)的信号通过ADC模块同步采集，并作为激光干涉信号1000倍降采样的同步输入，使得激光干涉的位移信号和加速度计(5)信号硬件同步。
7.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)提供同步采样的时间100MHz，100MHz时钟分频得到加速度计(5)的ADC模块的采样时钟为100kHz。
8.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于，外差激光干涉计算方法如下：
9.根据权利要求8所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于，所述加速度计(5)的校准方法如下：
10.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)之前还设有光电二极管(11)，所述干涉信号通过光电二极管(11)后转化为电信号再输入至同步采集模块(2)。
...【技术特征摘要】
1.基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：采用运动模块、激光干涉模块以及信号发射及处理模块对加速度计灵敏度进行同步校准，所述运动模块包括直线电机(3)、动子(4)和后向反射镜(6)，所述后向反射镜(6)和加速度计(5)均固定在动子(4)上，所述激光干涉模块包括激光器(10)、分光棱镜(9)和声光调制器(8)，所述信号发射及处理模块包括信号源(1)和同步采集模块(2)；具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)对同步后的信号做快速傅里叶变换后，通过频谱分析计算加速度计灵敏度，复振幅的振幅之比为灵敏度，复数振幅相角之差为加速度相位响应。
3.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)为fpga模块，所述fpga模块采集正交信号后进行反正切运算并连续相位追踪，得到大量程的位移信号；所述fpga模块驱动adc模块采集加速度信号和解调后的低频位移信号；通过降采样的方法去除干涉信号中的高频噪声，并与加速度计信号做时间同步；达到信息高同步性后能够方便地算出加速度计灵敏度，做到对其灵敏度的校准。
4.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述信号源(1)输出两路相位相互正交的80mhz参考信号，一路为同相信号，另一路为正交信号。
5.根据权利要求1所述的基于外差激光干涉同步校准加速度计灵敏度的方法，其特征在于：所述同步采集模块(2)使用两...
【专利技术属性】
技术研发人员：周俊杰，周航，郭彬，杨宝萍，郭晓春，秦健，陈俊杰，刘嘉濠，
申请(专利权)人：杭州微伽量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。