基于Michelson干涉原理的光纤加速度计的研究

　　0引言

　　加速度的测量在许多领域都有着广泛的应用，例如:在航空航天领域可用于导弹的制导、飞机的导航、人造卫星有关状态的控制等。在汽车工业，可用于预刹车系统、牵引系统、驾驶系统和安全系统等。本文研究了一种基于迈克尔逊干涉技术的新型光纤加速度计。该加速度计具有一系列独特的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、结构简单、体积小和重量轻等。本文介绍了该光纤加速度计的工作原理，详细推导了被测载体的加速度与迈克尔逊千涉仪的输出相位差之间的关系.最后在Matlah环境下对光信号处理电路进行了仿真。结果表明，解调信号和待测信号相位一致性好。

　　1工作原理和结构设计

　　图l为迈克尔逊干涉型光纤加速度计的结构简图。该系统主要由顺变柱体(l)、敏感质量块M(2)、套筒(3)、单膜光纤绕组(4)、高反射膜(5)、光源LD、光电探测器PIN和信号处理电路组成。其中1、2、4构成迈克尔逊干涉仪的核心元件。整个系统可近似地看成阻尼简谐振子系统川，其中缠着光纤的顺变柱体可以看成弹簧，其复合刚度系数为K，。敏感质量块的质量为M，是用来敏感外界加速度的。顺变柱体的质量可忽略不计，它作为弹性支撑，把敏感质量块支撑在套筒内。单膜光纤绕组以一定的张力紧密地缠绕在两顺变柱体上，作为迈克尔逊于涉仪的两个臂，且两臂端面都镀有高反射膜。缠绕着光纤的顺变柱体的作用是把套筒与质量块之间的相对径向运动转变为光纤张力。具体工作过程为:当该加速度计的载体具有加速度a时.就有相同的加速度作用在质量块M上，根据牛顿第二定律，则有惯性力F一Ma作用在质量块上，使得质量块一侧的顺变柱体缩短.另一侧的顺变柱体拉长。这样，缠绕在顺变柱体上的光纤长度就会随之变化，即一侧的光纤被缩短，另一侧的光纤被拉长，从而导致光在两根光纤中的传播路程不等，即光波相位发生了变化。迈克尔逊干涉仪把这种相位变化转换成光强的变化输出给信号处理电路，因此通过测量光强的值就可以求出加速度a的大小。

　　光波在加速度计中的传播过程描述如下:LD光源发出入0=1.3um的窄带相干光，经过3db辐合器后分为两束进人干涉臂，然后在镀有高反射膜的光纤端面被反射回来，由于加速　　度的作用，使得质量块两侧的光纤长度发生变化，引起两束光产生了相位差，所以会在3db藕合处发生干涉。输出的干涉光信号由PIN光电探测器探测到，将光信号转换为电信号提　　供给信号处理电路。经过信号处理后，就能从诸多噪声中提取出加速度信号。