本實(shí)用新型涉及光纖干涉式檢波器裝置，用于對工業(yè)應(yīng)用、災(zāi)害預(yù)防、科研應(yīng)用等領(lǐng)域加速度的測量。

背景技術(shù)：

目前，傳統(tǒng)的加速度檢波器主要是基于磁電或者壓電效應(yīng)，存在靈敏度低、動態(tài)范圍小和信號傳輸容量低等缺點(diǎn)，而且傳感器對電磁干擾比較敏感，不適合在地磁場、電磁場較強(qiáng)的場合。另外，隨著勘探工作的進(jìn)一步發(fā)展，深層、高分辨率勘探已是當(dāng)今勘探的主要方向，因此，常規(guī)檢波器已不能滿足需要，高質(zhì)量的檢波器和具有高分辨率并抗電磁干擾的加速度檢波器將成為適應(yīng)當(dāng)今勘探發(fā)展的重要產(chǎn)品。光纖加速度檢波器，相對傳統(tǒng)加速度檢波器在靈敏度、動態(tài)范圍和信號傳輸方面有明顯的提高，同時(shí)具有抗電磁干擾、抗信號串?dāng)_、無源器件易于復(fù)用、頻帶寬、失真度小、靈敏度高、無火花、能在易燃和溫差較大的環(huán)境中使用等優(yōu)點(diǎn)。從目前的情況看，已有一些成型產(chǎn)品投入市場，也有一些已做成樣機(jī)進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，但大部分還是處在實(shí)驗(yàn)室研究階段。

中國專利：CN03236644.2“順變柱體全光纖雙光路加速度地震檢波器”公開了一種順變柱體全光纖雙光路加速度地震檢波器，該裝置由橡膠制作的順變柱體很容易在橫向振動下變形致使橫向靈敏度較大，而且不適用于在水下工作的情況,尤其是在深水中當(dāng)水壓比較大的時(shí)候,順變柱體受壓變形將使其不能正常工作，其次體積相對較大，制作工藝相當(dāng)復(fù)雜。

中國專利：CN201120244458.3公開了一種光纖檢波器，雖然制作工藝簡單，體積小，但是光纖干涉兩臂之間沒有補(bǔ)償，溫度影響會帶來附加的光程差，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，橫向靈敏度沒有得到很好的限制，裝置整體抗干擾能力差，準(zhǔn)確度和精確度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的加速度檢波器靈敏度低，動態(tài)范圍小，橫向靈敏度大，易受電磁干擾，制作工藝復(fù)雜等不足，本實(shí)用新型提供一種帶準(zhǔn)直器的光纖干涉式檢波器裝置，通過光纖邁克爾遜干涉儀原理對振動目標(biāo)的加速度進(jìn)行高精度測量，具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、一致性、靈敏度高和成本低等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種帶準(zhǔn)直器的光纖干涉式檢波器裝置，包括一個(gè)半導(dǎo)體激光器、光纖環(huán)形器、1×2耦合器、光電探測器和封裝箱，光纖環(huán)形器的三端分別與半導(dǎo)體激光器，1×2耦合器和光電探則器連接，其特征在于在封裝箱內(nèi)有一個(gè)由上殼體和下殼體的組成的殼體，在殼體的垂直方向上對稱固定第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器，殼體內(nèi)固定一個(gè)由上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊組成的質(zhì)量塊，在上質(zhì)量塊的上表面與第一光纖準(zhǔn)直器位置相對應(yīng)處固定有第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，在下質(zhì)量塊的下表面與第二光纖準(zhǔn)直器位置相對應(yīng)處固定有第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，上、下質(zhì)量塊中間夾持固定一個(gè)彈簧片，彈簧片的邊緣固定在殼體上。

半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)過光纖環(huán)形器進(jìn)入封裝箱后，首先進(jìn)入1×2耦合器被分成兩束光，兩束光分別入射到第一光纖準(zhǔn)直器和第二和光纖準(zhǔn)直器內(nèi)，光經(jīng)過準(zhǔn)直器變成平行光射出，兩束由準(zhǔn)直器出射的平行光分別垂直入射到法拉第旋轉(zhuǎn)鏡上，在法拉第旋轉(zhuǎn)鏡上發(fā)生反射，反射回到原光路中的兩束光進(jìn)入1×2耦合器產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。法拉第旋轉(zhuǎn)鏡可以將入射光的偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90°，這樣入射光和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的反射光就不會發(fā)生干涉，避免了由干涉引起的附加條紋的變化。上殼體和下殼體以及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)成上下對稱設(shè)計(jì)，其中法拉第旋轉(zhuǎn)鏡鑲嵌固定在質(zhì)量塊上，兩塊完全相同的質(zhì)量塊和中間的彈簧片三者通過螺旋連接方式緊密固定，使它們的運(yùn)動狀態(tài)保持一致，光纖準(zhǔn)直器、反射鏡、質(zhì)量塊和螺絲的中心軸在一條直線上。兩個(gè)外殼和中間的彈簧片同樣也通過螺旋連接方式固定。當(dāng)質(zhì)量塊處于靜止時(shí)，兩束反射光之間沒有光程差，沒有干涉條紋。當(dāng)質(zhì)量塊受到外界環(huán)境影響產(chǎn)生向上或向下振動時(shí)，兩路反射光之間會產(chǎn)生相應(yīng)的光程差，因此產(chǎn)生干涉條紋，彈簧片最終使質(zhì)量塊恢復(fù)到平衡位置。

在使用時(shí)，外界環(huán)境振動，內(nèi)部質(zhì)量塊做加速度相同的振動發(fā)生位移，若其中一路光程減小，則對應(yīng)的另一路光程增加，而且變化量相等，因此產(chǎn)生相應(yīng)的光程差，同時(shí)產(chǎn)生干涉條紋。環(huán)形器的另一端接在光電探測器上面，可以探測干涉條紋相應(yīng)的相位變化，之后振動信號解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)可以得出相應(yīng)的干涉信息，進(jìn)一步得出振動的加速度。

與現(xiàn)有加速度檢波器相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)勢：

(1)利用兩個(gè)光纖準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器可以將不同方向的入射光轉(zhuǎn)換成平行光射出，使兩個(gè)干涉臂信號強(qiáng)度增加，提高測量精度。

(2)采用了特殊形狀彈簧片限制橫向振動，提高靈敏度的同時(shí)提高檢波器的橫向抑制比。

(3)通過兩個(gè)質(zhì)量塊的位移變化從而使準(zhǔn)直器與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡之間的垂直距離發(fā)生改變，因此兩干涉臂信號之間產(chǎn)生光程差，生成干涉信號，而非利用光纖的應(yīng)變產(chǎn)生光程差，提高了測量精度，降低制作難度，同時(shí)也節(jié)省了大量光纖材料。

(4)利用兩個(gè)對稱的質(zhì)量塊，彈簧片作為彈性元件,結(jié)構(gòu)簡單，有效地減小了光纖檢波器的體積、制作工藝和成本。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型裝置系統(tǒng)圖。

圖2是彈簧片形狀示意圖。

圖例：1、半導(dǎo)體激光器，2、光纖環(huán)形器，3、1×2耦合器，4、第一光纖準(zhǔn)直器，5、第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，6、上質(zhì)量塊，7、彈簧片，8、下質(zhì)量塊，9、第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，10、第二光纖準(zhǔn)直器，11、上殼體，12、下殼體，13、光電探測器，14、振動信號解調(diào)模塊，15、封裝箱。

具體實(shí)施方式

一種帶準(zhǔn)直器的光纖干涉式檢波器裝置，包括一個(gè)半導(dǎo)體激光器1、光纖環(huán)形器2、1×2耦合器3、光電探測器13和封裝箱15，光纖環(huán)形器2的三端分別與半導(dǎo)體激光器1，1×2耦合器3和光電探則器13連接，振動信號解調(diào)模塊14與光電探則器13連接，在封裝箱15內(nèi)有一個(gè)由上殼體11和下殼體12的組成的殼體，在殼體的垂直方向上對稱固定第一光纖準(zhǔn)直器4和第二光纖準(zhǔn)直器10，殼體內(nèi)固定一個(gè)由上質(zhì)量塊6和下質(zhì)量塊8組成的質(zhì)量塊，在上質(zhì)量塊的上表面與第一光纖準(zhǔn)直器位置對應(yīng)處固定有第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡5，在下質(zhì)量塊的下表面與第二光纖準(zhǔn)直器10位置對應(yīng)處固定有第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡9，上、下質(zhì)量塊中間夾持固定一個(gè)彈簧片7，彈簧片的邊緣固定在殼體上。

半導(dǎo)體激光器采用窄線寬半導(dǎo)體激光器，激光器的波長可以選擇1310nm，1064nm，780nm，650nm。還可以根據(jù)被測加速度的大小來選擇合適波長范圍的激光器。

封裝箱為完全密閉,保證空氣在封裝箱內(nèi)不流通，對探頭的阻尼系數(shù)不產(chǎn)生影響。

外殼1和外殼2固定連接在封裝箱內(nèi)。

彈簧片7設(shè)計(jì)成彎曲鏤空形狀，可增加檢波器的靈敏度。

質(zhì)量塊采用上下對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩個(gè)質(zhì)量塊中間夾有彈簧片7，三者用螺旋連接方式緊密固定。

振動信號解調(diào)模塊從干涉信號中解調(diào)出相應(yīng)的加速度的值。

半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)過光纖環(huán)形器進(jìn)入封裝箱后，首先進(jìn)入1×2耦合器3被分成兩束光，兩束光分別入射到外殼1和外殼2上的第一光纖準(zhǔn)直器4和第二光纖準(zhǔn)直器10內(nèi)，光經(jīng)過準(zhǔn)直器變成平行光射出，兩束由準(zhǔn)直器出射的平行光分別垂直入射到法拉第旋轉(zhuǎn)鏡上，在法拉第旋轉(zhuǎn)鏡上發(fā)生反射，反射回到原光路中的兩束光進(jìn)入1×2耦合器3產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)質(zhì)量塊處于靜止時(shí)，兩束反射光之間沒有光程差，沒有干涉條紋。當(dāng)質(zhì)量塊受到外界環(huán)境影響產(chǎn)生向上或向下振動時(shí)，兩路反射光之間會產(chǎn)生相應(yīng)的光程差，因此產(chǎn)生干涉條紋。彈簧片7可以使質(zhì)量塊在產(chǎn)生位移后能夠恢復(fù)到平衡位置，準(zhǔn)備下一次的測量。從1×2耦合器3出來的相干光進(jìn)入到光纖環(huán)形器2，光纖環(huán)形器2的另一端接在光電探測器13上面，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，可以探測干涉條紋相應(yīng)的相位變化，之后振動信號解調(diào)模塊14進(jìn)行解調(diào)可以得出相應(yīng)的干涉信息，進(jìn)一步得出振動的加速度。

在使用時(shí)，封裝箱15固定在被測振動位置，內(nèi)部質(zhì)量塊的位移與封裝箱15做加速度一致的運(yùn)動，因?yàn)楣庹丈滟|(zhì)量塊后又原路反射回來，所以光路變化量是位移的兩倍，若其中一路光程減小，對應(yīng)的另一路光程即增加，而且變化量相等，則產(chǎn)生相應(yīng)的光程差是位移的四倍，兩路干涉信號因存在光程差而產(chǎn)生干涉條紋，經(jīng)光電探測器13探測，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，光程差轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的相位變化信息被探測，經(jīng)過振動信號解調(diào)模塊14，將相位變化信息解調(diào)出來，因此就得到了被測加速度。因?yàn)楣獬滩钆c位移是四倍關(guān)系，所以靈敏度得到提高，而且兩個(gè)質(zhì)量塊形成的結(jié)構(gòu)，使得溫度、橫向壓力在兩干涉臂中引起的變化相同而相互抵消，故檢波器的橫向靈敏度理論上為零，外界環(huán)境溫度的影響也減弱，提高了測量精度和抗干擾能力。同時(shí)利用光纖準(zhǔn)直器，使出射光變?yōu)槠叫泄?，干涉信號?qiáng)度得到增加，又進(jìn)一步增加了測量的精度。在結(jié)構(gòu)上簡單不復(fù)雜，有效地減小了光纖檢波器的體積、制作工藝和成本。