[发明专利]基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统与测量方法

权利要求书

1.一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统，其特征在于：敏感质量块(11)通过悬臂梁(12)连接在基底(13)上，敏感质量块(11)正对着入射激光方向布置安装；两个激光器(1、2)发出两束激光，两束激光分别经过各自的四分之一波片后入射到第一分光棱镜(6)合束，合束后的光再经偏振分光棱镜(7)发生透射和反射，分为透射的水平偏振光和反射的垂直偏振光的两束光：透射的激光经过第三四分之一波片(8)后变为圆偏振光垂直入射在敏感质量块(11)表面，被敏感质量块(11)表面的高反膜反射后再次经过第三四分之一波片(8)变为垂直偏振光并回到偏振分光棱镜(7)发生反射，形成信号光；反射的激光经过第四四分之一波片(9)后变为圆偏振光垂直入射在压电陶瓷块(10)表面，被压电陶瓷块(10)表面的高反膜反射后再次经过第四四分之一波片(9)变为水平偏振光并回到偏振分光棱镜(7)发生透射，形成参考光；

信号光和参考光经偏振分光棱镜(7)合束后入射到第二分光棱镜(14)再发生反射和透射：经第二分光棱镜(14)透射后的光经过第一偏振片(15)被第一光电探测器(16)接收，第二光电探测器(17)置于第一光电探测器(16)旁，用于接收第一光电探测器(16)附近的环境光；经第二分光棱镜(14)反射后的光，经过超窄带滤波片(18)过滤后被第三光电探测器(20)接收，第四光电探测器(21)置于第三光电探测器(20)旁，用于接收第三光电探测器(20)附近的环境光；

第一光电探测器(16)、第二光电探测器(17)、第三光电探测器(20)和第四光电探测器(21)均连接到信号处理电路(23)，压电陶瓷块(10)经信号发生器(22)连接到信号处理电路(23)，信号处理电路(23)经模数转换模块(24)连接到上位机(25)。

2.根据权利要求1所述的一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统，其特征在于：所述的两个激光器发出不同波长的激光，两束激光的波长差为Δλ。

3.根据权利要求1所述的一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统，其特征在于：所述的两个激光器发出的光为不同波长的线偏振光，两束线偏振光经过各自的四分之一波片后变为两束圆偏振光，每束圆偏振光经过偏振分光棱镜(6)后分别分束为两束偏振方向互相垂直的线偏振光。

4.根据权利要求1所述的一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统，其特征在于：所述的超窄带滤波片的中心波长与两个激光器发出的两束光中较小的波长相同，半高全宽小于Δλ/2。

5.根据权利要求1所述的一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统，其特征在于：所述的第一、第二光电探测器放置位置紧邻且朝向相同，以及第三、第四光电探测器放置位置紧邻且朝向相同，以实现与环境光的差分。

6.根据权利要求1所述的一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量系统，其特征在于：所述的压电陶瓷块(10)表面镀有高反膜，敏感质量块(11)表面镀有高反膜。

7.一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量方法，其特征在于：

1)采用权利要求1-6任一所述测量系统进行工作采集到各个光电探测器的接收信号，采集时信号发生器(22)发出参考信号驱动压电陶瓷块产生相位调制；

2)信号发生器(22)输出参考信号得到信号处理电路(23)，第一、第二光电探测器(16、17)和第三、第四光电探测器(20、21)均将各自的接收信号发送到信号处理电路(23)；

3)信号处理电路(23)中，将第一、第二光电探测器(16、17)的接收信号先经过差分放大后用来自信号发生器(22)的参考信号进行解调，解算出合成波长干涉信号的相位变化，再根据合成波长干涉信号的相位变化获得大量程的加速度值；并且将第三、第四光电探测器(20、21)的接收信号先经过差分放大后用来自信号发生器(22)的参考信号进行解调，解算出单波长干涉信号的相位变化，根据单波长干涉信号的相位变化得到高精度的加速度值；

4)将得到的大量程的加速度值和高精度的加速度值采用以下公式进行计算获得最终加速度测量值(26)：

其中a₁为通过合成波长干涉信号获得的大量程加速度值，a₂为通过单波长干涉信号获得的高精度加速度值，表示取以mg为单位的加速度值的整数部分，表示取以mg为单位的加速度值的小数部分。

8.根据权利要求1所述的一种基于双波长干涉的大量程高精度加速度测量方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：

1.1)两个激光器(1、2)发出两束波长分别为λ₁和λ₂的激光，λ₂-λ₁＝Δλ，两束激光分别经过各自的四分之一波片后入射到第一分光棱镜(6)合束，合束后的光再经偏振分光棱镜(7)发生透射和反射，分为透射的水平偏振光和反射的垂直偏振光的两束光：

水平偏振的两个不同波长为λ₁和λ₂的两束激光经过第三四分之一波片(8)后变为圆偏振光垂直入射在敏感质量块(11)表面，被敏感质量块(11)表面的高反膜反射后再次经过第三四分之一波片(8)变为垂直偏振光并回到偏振分光棱镜(7)发生反射，形成信号光；

垂直偏振的两个不同波长为λ₁和λ₂的两束激光经过第四四分之一波片(9)后变为圆偏振光垂直入射在压电陶瓷块(10)表面，被压电陶瓷块(10)表面的高反膜反射后再次经过第四四分之一波片(9)变为水平偏振光并回到偏振分光棱镜(7)发生透射，形成参考光；

1.2)信号光和参考光经偏振分光棱镜(7)合束后入射到第二分光棱镜(14)再发生反射和透射：

经第二分光棱镜(14)透射后的光经过第一偏振片(15)，使得波长为λ₁的参考光和信号光以及波长为λ₂的参考光和信号光在第一偏振片(15)后发生相干叠加形成合成波长干涉信号，并被第一光电探测器(16)接收，第二光电探测器(17)接收第一光电探测器(16)附近的环境光；

经第二分光棱镜(14)反射后的光，经过超窄带滤波片(18)滤去波长为λ₂的参考光和信号光，让波长为λ₁的参考光和信号光通过，再经第二偏振片(19)后使得波长为λ₁的参考光和信号光相干叠加形成单波长干涉信号，被第三光电探测器(20)接收，第四光电探测器(21)接收第三光电探测器(20)附近的环境光。