專利名稱：激光自混合型加速度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種慣性參數(shù)測量裝置，特別涉及一種光學加速度傳感器。
背景技術：
加速度信號測量通常是利用慣性原理響應加速度矢量信息。加速度傳感器作為一種重要的力學傳感器可廣泛應用于工業(yè)自動化控制、汽車安全與檢測以及地震測試、軍事和空間系統(tǒng)等領域。在進行加速度傳感時，將加速度傳感器的外殼固定在待測物體上，加速度使傳感器外殼和慣性質(zhì)量體之間產(chǎn)生相對運動，通過對這個相對運動的測量就可以測得待測物體加速度。理想情況下，加速度傳感器等價于如

圖1所示的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，其由慣性質(zhì)量m、 彈性體K和阻尼器c組成的二階單自由度系統(tǒng)。當傳感器感應到加速度時，敏感質(zhì)量塊受慣性力作用而發(fā)生位移，位移變化量與輸入加速度的大小有確定的對應關系。由牛頓第二運動定律可得
d2x χ χm~+c +Kjc =c—+Kjc⑴
dt2 dt m dt ^式(1)中，m為慣性體質(zhì)量，K為彈性體彈簧剛度，c為系統(tǒng)阻尼系數(shù)，Xffl為敏感質(zhì)量塊的位移，^為運動系統(tǒng)主體的位移。當加速度傳感器系統(tǒng)感受到外界加速度時，由于彈性體的存在，敏感質(zhì)量塊和運動系統(tǒng)間存在相對位移，也表現(xiàn)為彈性體的形變，定義為 Ax(t)Ax(t) = xm(t)-xs(t)(2)通過對Ax(t)的測量，可獲得加速度傳感器所感知的加速度信號。目前傳統(tǒng)機電型加速度傳感器一般采用壓電、超聲等技術測量質(zhì)量塊的慣性力或位移進而獲的待測物體加速度。但這類傳感器普遍存在動態(tài)范圍小，工作頻帶窄，易受電磁干擾等問題。光學型加速度傳感器一般對光波的強度和相位進行檢測，因此具有抗電磁干擾、 高靈敏度、大動態(tài)范圍、易復用、可應用于高溫高壓、易燃易爆等惡劣環(huán)境等優(yōu)勢，可充分解決傳統(tǒng)機電型加速度傳感器所存在的主要問題。但是，目前的光學型加速度傳感器一般需多光路設計，相對傳統(tǒng)壓電型加速度傳感器往往又存在造價高、結(jié)構(gòu)復雜的劣勢，無法大范圍取代現(xiàn)存的傳統(tǒng)壓電性加速度傳感
O半導體激光器作為光源的激光自混合干涉原理如圖2所示。干涉系統(tǒng)由半導體激光器和外部反射物體組成。反饋光存在的時候可以通過改變激光器腔內(nèi)的載流子密度造成激光介質(zhì)折射率發(fā)生變化進而調(diào)制激光器本身的頻率和強度，形成了自混合干涉。圖2中半導體激光器長度為Ltl，它的端面反射系數(shù)分別為Γι和r2，外腔反射系數(shù)為r3，Lrat為激光器外腔長度，η為激光介質(zhì)的折射率。初始的光場為Etl，自混合干涉后的光場 E(t)[0014]
權利要求1.一種激光自混合型加速度傳感器，其特征是具有一圓柱殼(1)，在其內(nèi)部形成一封閉腔，所述圓柱殼(1)與被測物體固定連接；一彈性膜片(3)，位于圓柱殼封閉腔的橫斷面上，所述彈性膜片( 是以周邊支撐在所述圓柱殼(1)的內(nèi)側(cè)壁上；在所述彈性膜片( 的中央，固定設置一敏感質(zhì)量塊；一半導體激光器O)，是以剛性支架固定設置在圓柱殼封閉腔內(nèi)，與所述敏感質(zhì)量塊 (4)處在同軸位置上；以光電探測器(7)、驅(qū)動和調(diào)制單元(8)和信號處理單元(9)與所述半導體激光器( 共同構(gòu)成信號傳感單元；其中，所述半導體激光器( 用于向敏感質(zhì)量塊(4)發(fā)出光信號，并接收來自敏感質(zhì)量塊的反饋光信號；所述光電探測器(7)作為光電信號轉(zhuǎn)換單元；所述驅(qū)動和調(diào)制單元(8)通過改變半導體激光器O)的注入電流或其它相關參數(shù)調(diào)制半導體激光器O)的光源強度、波長、激光相位或激光偏振態(tài)；所述信號處理單元 (9)接收光電探測器(7)的輸出信號，并輸出加速度檢測信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光自混合型加速度傳感器，其特征是在所述敏感質(zhì)量塊 (4)的表面具有金屬反光鍍層。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光自混合型加速度傳感器，其特征是在所述半導體激光器 (2)的前端設置透鏡或透鏡組(10)，以所述透鏡或透鏡組(10)調(diào)節(jié)半導體激光器( 出射光強和所獲得的反饋光光強。
4.根據(jù)權利要求1所述的激光自混合型加速度傳感器，其特征是所述半導體激光器 (2)為F-P激光器、DFB激光器或VCSEL激光器。
專利摘要本實用新型公開了一種激光自混合型加速度傳感器，其特征是具有一圓柱殼，在其內(nèi)部形成一封閉腔，圓柱殼與被測物體固定連接；一彈性膜片，位于圓柱殼封閉腔的橫斷面上；在彈性膜片的中央固定設置一敏感質(zhì)量塊；一半導體激光器，是以剛性支架固定設置在圓柱殼封閉腔內(nèi)，與敏感質(zhì)量塊處在同軸位置上；半導體激光器用于向敏感質(zhì)量塊發(fā)出光信號，并接收來自敏感質(zhì)量塊的反饋光信號；以光電探測器作為光電信號轉(zhuǎn)換單元；以信號處理單元接收光電探測器的輸出信號，并輸出加速度檢測信號。本實用新型利用半導體激光自混合效應感測加速度信號，避免了電磁干擾，能夠高靈敏度、大動態(tài)范圍測量待測物體加速度。
文檔編號G01P15/03GK202330458SQ20112051395
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者俞本立, 呂亮, 曹志剛, 朱軍, 杜正婷, 楊竟宇, 翟龍華, 趙云鶴 申請人:安徽大學