[发明专利]一种拓宽光学干涉式加速度传感器量程的方法及传感器

说明书

本发明提供了一种拓宽光学干涉式加速度传感器量程的方法及传感器，光学干涉式加速度传感器的光学干涉腔长随着外界激励加速度信号的变化而发生变化，包括：确定输入到光学干涉式加速度传感器的激光波长失谐锁定的谐振峰的线性工作点；当所述光学干涉腔长在外界加速度下发生变化时，光学干涉腔的谐振波长产生频移，激光波长与谐振峰的失谐量发生变化；参考所述失谐量对所述激光的波长进行闭环反馈跟踪，使得所述激光波长始终跟随所述谐振峰波长移动，与谐振峰波长保持失谐锁定在所述线性工作点，以拓宽所述光学干涉式加速度传感器的量程。本发明基于激光频率闭环反馈跟踪的加速度检测方法打破了光学干涉传感对量程的限制，拓宽了加速度检测量程。

技术领域

本发明属于光学传感领域，更具体地，涉及一种拓宽光学干涉式加速度传感器量程的方法及传感器。

背景技术

加速度传感器是测量物体加速度的仪表，是飞机、火箭和舰艇等航行器获取空间位置所需的重要仪表之一。加速度经过积分运算得到速度分量，再次积分得到一个方向的位置坐标信号，是惯性导航所需要测量的重要物理量。此外，加速度传感器还用来监控发动机故障和结构的疲劳损伤情况，是研究飞行器颤振和疲劳寿命的重要仪器。不同应用场景的加速度传感器在性能上差异很大，重力测量和测震领域要求高精度加速度传感器，对量程要求不大；而惯性导航和结构健康检测等领域则可能要求加速度传感器量程达到1～10g。光学加速度传感器能够突破电学测量限制，具有高灵敏度、抗电磁干扰、小体积、结构简单、易集成等优点，是更高性能微加速度传感器的重要研究方向。目前，光学加速度传感器多采用开环检测方式，量程仅有mg量级，受限于高灵敏度与大量程之间的矛盾。闭环检测方式则采用电磁力反馈控制，虽然能够极大地拓宽量程，但不可避免地引入了电路噪声，同时，失去了光学加速度传感器抗电磁干扰的优势。

专利文献CN109870592A公开了一种基于电磁力驱动的光学加速度传感器，该发明采用基于电磁力驱动的闭环控制技术，使反馈力与反馈电压呈线性关系，在简化闭环控制算法的同时，提高了光学加速度传感器的闭环检测精度；同时电磁力驱动模块充分利用了磁体磁场，大幅降低系统的闭环驱动功耗。该发明解决了光学加速度传感器开环量程小的问题，但电磁力反馈技术不仅为加速度传感引入了电路噪声，还降低了抗电磁干扰的能力，没有充分发挥光学加速度传感器的优势。因此，迫切需要一种能够拓宽光学加速度传感器量程的光学检测手段。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种拓宽光学干涉式加速度传感器量程的方法及传感器，旨在解决光学干涉式加速度传感器小量程的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种拓宽光学干涉式加速度传感器量程的方法，所述光学干涉式加速度传感器的光学干涉腔长随着外界激励加速度信号的变化而发生变化，包括以下步骤：

确定输入到光学干涉式加速度传感器的激光波长失谐锁定的谐振峰的线性工作点；

当所述光学干涉腔长在外界加速度下发生变化时，光学干涉腔的谐振波长产生频移，激光波长与谐振峰的失谐量发生变化；

参考所述失谐量对所述激光的波长进行闭环反馈跟踪，使得所述激光波长始终跟随所述谐振峰波长移动，与所述谐振峰波长保持失谐锁定在所述线性工作点，以拓宽所述光学干涉式加速度传感器的量程。

在一个可能的示例中，所述光学干涉式加速度传感器的光学干涉腔为F-P腔。

具体地，本发明提供的干涉式加速度传感器量程的拓宽方法不仅限于F-P腔，还适用于任何利用光干涉腔进行传感的传感器，如光子晶体腔、回音壁模式(WGM)腔)等。

第二方面，本发明提供了一种光学干涉式加速度传感器，包括：传感光路、F-P腔传感单元及反馈控制回路；

所述传感光路，用于向F-P腔发射单频激光，以测量所述F-P腔的腔长所反映的外界激励加速度信号；所述单频激光的波长相对F-P腔传感单元的谐振波长失谐锁定在谐振峰的线性工作点；