CN105738653B - 高精度光学位移磁悬浮加速度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度光学位移磁悬浮加速度计，用于测量飞行器的线性加速度。包括真空磁屏蔽腔系统、光学相干位移检测系统、磁悬浮控制系统和小磁体检验质量块。所述加速度计采用光学相干位移检测技术来实现对小磁体检验质量块位置和姿态的实时精确测量，采用磁悬浮控制技术来实现对小磁体检验质量块位置和姿态的精确回归控制，从而将小磁体检验质量块始终控制在腔室中心；当空间飞行器受到外界非保守力作用时，由于飞行器的加速度将正比于位置控制线圈的电流大小，最终通过位置控制线圈电流的测量即可精确测量加速度的大小和方向。所述加速度计可以避开高精度机械加工的技术瓶颈，制作工艺简单，可以实现更高精度的加速度矢量测量。

Description

高精度光学位移磁悬浮加速度计

技术领域

本发明涉及利用光学相干位移检测技术和磁悬浮控制技术来实现空间高精度加速度矢量的测量装置技术领域，尤其涉及一种高精度光学位移磁悬浮加速度计。

背景技术

加速度计是测量飞行器线加速度的仪表，高精度加速度计是重力测量卫星进行全球重力场测绘任务的关键载荷，将提高全球重力场测量精度、建立统一高程基准；同时，还能用于改善现有空间大气模型，极大提高低轨卫星的测定轨精度和轨道预报精度；对于高轨卫星，能进行太阳光压测量，实现高轨卫星航天器精密定轨和轨道维持；对航天器的微重力环境进行监测，为微重力科学实验服务；多个高精度的加速度计可以构成重力梯度仪。

加速度计按照惯性检测质量的运动方式分类，可分为线加速度计和摆式加速度计；按照检测方式是否需要将所测加速度从输出端再反馈到输入端来分类，有开环加速度计和闭环加速度计两种。现在常用的高精度静电悬浮加速度计受到电极正交性、面板对称性等的加工工艺限制，且电路噪声、寄生作用力噪声、环境噪声等的影响不可避免。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度光学位移磁悬浮加速度计，所述加速度计可以避免高精度机械加工的技术瓶颈，并具有更高的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于包括真空磁屏蔽腔系统、光学相干位移检测系统、磁悬浮控制系统和小磁体检验质量块，所述真空屏蔽腔系统包括磁屏蔽腔，所述磁屏蔽腔内为真空状态，所述小磁体检验质量块位于所述磁屏蔽腔内；所述光学相干位移检测系统位于所述磁屏蔽腔上，用于通过向小磁体检验质量块发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体检验质量块的空间位置和姿态的实时定位；所述磁悬浮控制系统位于磁屏蔽腔上，用于实时控制小磁体检验质量块的位置和姿态，使其恒定悬浮于磁屏蔽腔的中心位置，所述磁屏蔽腔的中心位置与飞行器的质心位置相重合。

进一步的技术方案在于：所述光学相干位移检测系统包括若干对光学准直探头，所述每对光学准直探头分别通过光纤与等臂长迈克尔逊位移检测装置相连，所述等臂长迈克尔逊位移检测装置与数字相位解调PGC电路电气连接，所述光学准直探头位于所述磁屏蔽腔的不同位置；光源通过系统中的各对光学准直探头31向小磁体检验质量块发射光信号，并接收其反射回的光信号，光信号中包含小磁体检验质量块的位置和姿态信息，光信号通过光纤32传输到等臂长迈克尔逊位移检测装置33，利用干涉原理处理光信号，将小磁体检验质量块的位移、偏转角转化为可识别的相位变化，对各对光学准直探头的测量结果，通过矢量叠加原理，得到其位移、偏转角叠加后的相位变化；数字相位解调PGC电路34实现对相位的快速解调，最终通过相位变化计算出小磁体检验质量块偏离质心的位移量及小磁体检验质量块绕垂直于磁矩方向的两个转轴的旋转角，并反馈给磁悬浮控制系统对小磁体检验质量块进行位置和姿态的实时控制。

进一步的技术方案在于：所述光学准直探头设置有5对，其中，在磁屏蔽腔x轴方向即左右2个腔壁上设置了3对，其中，在右边腔壁y方向上的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块绕z轴旋转的姿态变化，右边腔壁z方向上的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块绕y轴旋转的姿态变化，左右两腔壁中心位置处设置的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块x方向的平动位移；在屏蔽腔y轴方向即上下2个腔壁中心处设置了1对光学准直探头，用于测量小磁体检验质量块y方向的平动位移；在屏蔽腔z轴方向即前后2个腔壁中心处设置了1对光学准直探头，用于测量小磁体检验质量块z方向的平动位移。

进一步的技术方案在于：所述磁悬浮控制系统包括若干对位置控制线圈和若干对姿态控制线圈，所述位置控制线圈对称的设置于所述磁屏蔽腔的左、右侧壁上，所述姿态控制线圈对称的设置于所述磁屏蔽腔的上、下、前、后侧壁上，所述磁悬浮控制系统通过位置控制线圈和姿态控制线圈接收光学相干位移检测系统的反馈，实时控制小磁体检验质量块的位置和姿态，使其恒定悬浮于磁屏蔽腔的中心位置，所述磁屏蔽腔的中心位置与飞行器的质心位置相重合。

进一步的技术方案在于：在磁屏蔽腔的x轴方向的两个表面上，安置以x轴为轴对称分布的四对位置控制线圈，通过施加不同方向的电流及电流强度，将小磁体检验质量块的质心始终控制在磁屏蔽腔中心。

进一步的技术方案在于：在磁屏蔽腔的y轴方向的两个表面以及z轴方向的两个表面上安置严格轴对称的两对姿态控制线圈，姿态控制线圈直径尺寸远大于小磁体检验质量块的外形尺寸，用于实现对小磁体检验质量块的姿态控制，将小磁体检验质量块等效磁矩方向始终控制在x轴方向。

进一步的技术方案在于：在小磁体检验质量块平动和转动的控制中，位置控制线圈对小磁体检验质量块产生的电磁力抵消掉飞行器受到非保守力所产生的加速度，维持小磁体检验质量块的质心与飞行器的质心始终重合，此时，电磁力矢量F与加速度矢量a之间的关系为F＝ma，其中m为小磁体检验质量块的质量，而电磁力的大小正比于位置控制线圈产生的磁场大小，位置控制线圈磁场大小正比于电流大小，通过位置控制线圈施加的电流即可对飞行器的加速度进行精确测量。

进一步的技术方案在于：所述小磁体检验质量块为圆柱形。

进一步的技术方案在于：所述小磁体检验质量块选用永磁体材料制作。

进一步的技术方案在于：所述小磁体检验质量块的外侧包裹有非磁性材料。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述光学位移磁悬浮加速度计保持了静电悬浮加速度计的优点，但回避了敏感结构加工难度大的技术瓶颈。真空磁屏蔽腔比较容易实现，通过光学相干位移检测系统，采用等臂长迈克尔逊位移检测方法，降低线路影响要素，实现对小磁体检验质量块位置和姿态的实时精确测量。采用磁悬浮控制系统可以对小磁体检验质量块的位置和姿态进行精确控制，利用位置控制线圈的电流正比于小磁体检验质量块的线性加速度大小，从而可以实现高精度的加速度矢量测量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的整个系统组成结构示意图；

图2是光学相干位移检测技术原理示意图；

图3是小磁体检验质量块偏转角测量示意图；

图4是小磁体检验质量块悬浮控制系统结构示意图；

图5-7是磁偶极子在磁场中受到的作用力分析示意图；

图8是第一对姿态控制线圈对小磁体检验质量块施加力矩示意图；

图9是第二对姿态控制线圈对小磁体检验质量块施加力矩示意图；

其中：a：磁屏蔽腔；

b：小磁体检验质量块；

31：光学准直探头；

32：光纤；

33：等臂长迈克尔逊位移检测装置；

34：数字相位解调PGC电路；

41：位置控制线圈；

42：姿态控制线圈；

31_1，31_1’：x轴方向平动位移测量用光学准直探头；

31_2，31_2’：绕z轴方向转动的偏转角测量用光学准直探头；

1，1’：第一对位置控制线圈；

2，2’：第二对位置控制线圈；

3，3’：第三对位置控制线圈；

4，4’：第四对位置控制线圈；

5，5’：第一对姿态控制线圈；

6，6’：第二对姿态控制线圈。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

总体的，如图1所示，本发明公开了一种高精度光学位移磁悬浮加速度计，包括真空磁屏蔽腔系统、光学相干位移检测系统、磁悬浮控制系统和小磁体检验质量块b。所述真空屏蔽腔系统包括磁屏蔽腔a，所述磁屏蔽腔a内为真空状态，所述小磁体检验质量块b位于所述磁屏蔽腔a内；图1中磁屏蔽腔a的尺寸为10cm*10cm*10cm，真空度10^-5Pa，温度的稳定性小于所述小磁体检验质量块b选用永磁体材料制作。形状为圆柱体，磁矩大小M＝6.25×10^-2Am²，质量为1g。为了减小外界对检验质量块加速度测量的扰动，在小磁体检验质量块外面包裹了非磁性材料，使检验质量块的质量达到0.1kg。

所述光学相干位移检测系统位于所述磁屏蔽腔a上，用于通过向小磁体检验质量块b发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体检验质量块的空间位置和姿态的实时定位；所述磁悬浮控制系统位于磁屏蔽腔a上，用于实时控制小磁体检验质量块b的位置和姿态，使其恒定悬浮于磁屏蔽腔a的中心位置，所述磁屏蔽腔a的中心位置与飞行器的质心位置相重合。

如图2所示，所述光学相干位移检测系统包括若干对光学准直探头31，所述每对光学准直探头31分别通过光纤32与等臂长迈克尔逊位移检测装置33相连，所述等臂长迈克尔逊位移检测装置33与数字相位解调PGC电路34电气连接，所述光学准直探头31位于所述磁屏蔽腔的不同位置；

光源通过系统中的各对光学准直探头31向小磁体检验质量块b发射光信号，并接收其反射回的光信号，光信号中包含小磁体检验质量块的位置和姿态信息，光信号通过光纤32传输到等臂长迈克尔逊位移检测装置33，利用干涉原理处理光信号，将小磁体检验质量块b的位移、偏转角转化为可识别的相位变化，对各对光学准直探头31的测量结果，通过矢量叠加原理，得到其位移、偏转角叠加后的相位变化；数字相位解调PGC电路34实现对相位的快速解调，最终通过相位变化计算出小磁体检验质量块偏离质心的位移量及小磁体检验质量块绕垂直于磁矩方向的两个转轴的旋转角，并反馈给磁悬浮控制系统对小磁体检验质量块b进行位置和姿态的实时控制。

进一步的，所述光学准直探头31设置有5对，其中，在磁屏蔽腔x轴方向即左右2个腔壁上设置3对，其中，在右边腔壁y方向上的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块绕z轴旋转的姿态变化，右边腔壁z方向上的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块绕y轴旋转的姿态变化，左右两腔壁中心位置处设置的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块x方向的平动位移；在屏蔽腔y轴方向即上下2个腔壁中心处设置了1对光学准直探头，用于测量小磁体检验质量块y方向的平动位移；在屏蔽腔z轴方向即前后2个腔壁中心处设置1对光学准直探头，用于测量小磁体检验质量块z方向的平动位移。

光学相干位移检测方法：

(1)小磁体检验质量块平动位移的测量

设圆柱形小磁体检验质量块b的高为h，半经为r，以磁屏蔽腔中心作为坐标原点。如图2所示，在初始状态时，小磁体检验质量块位于磁屏蔽腔中心位置且其中心轴与x轴重合，在x轴方向腔壁中心位置处的一对光学准直探头31_1与31_1’，其发出的光信号在小磁体检验质量块上的探测点分别为和此对光学准直探头发出的光信号经小磁体检验质量块反射后相位差为0，光学相干位移检测系统输出恒定的直流电信号；当小磁体检验质量块沿x轴正方向进行平移时，设其平动位移为Δx，则连接此对光学准直探头的迈克尔逊干涉臂负向光程增加2Δx，正向光程减少2Δx，则2路光信号累计的光程变化为：

2Δx-(-2Δx)＝4Δx (1)

则对应得到的相位变化：

式中λ为激光光源发出的光信号波长。由于相位变化ΔΦ₁可由相应的等臂长迈克尔逊位移检测装置发送给数字相位解调PGC电路。即可得到小磁体检验质量块在x轴方向的平动位移：

采用上述同样的方法，利用y轴方向、z轴方向各一对光学准直探头即可获取小磁体检验质量块在y轴和z轴两个方向上的平动位移。

(2)小磁体检验质量块偏转角的测量

设小磁体检验质量块绕z轴进行转动，如图3所示，设偏转角为θ，有

式中e为31_2与31_2’两个光学准直探头的垂直距离，是个固定值。Δl为此对光学准直探头发出的光信号在小磁体检验质量块上形成的探测点连线在x轴方向的投影，则31_2和31_2’两个光学准直探头接收的光信号的光程变化为2Δl，相应的相位变化为：

则有：

故可得到小磁体检验质量块绕z轴转动的偏转角θ：

采用同样的方法，利用该腔壁上方位与31_2、31_2’两个光学准直探头相互正交的另外一对光学准直探头即可获取小磁体检验质量块绕y轴方向转动的偏转角。

另外，当小磁体检验质量块绕轴转动时，由几何关系计算可知，光学准直探头31_1和31_1’都增加或减少了相同的光程，即接收到的光信号的相位差为0，可见小磁体检验质量块的转动是不影响对其平动位移的测量。

普通光学干涉方法的理论测量精度在纳米级，而本申请中由于采用了等臂长迈克尔逊干涉技术，并引入双臂差动检测方法，测量精度将提高4倍，有望实现亚纳米级的定位精度，检验小磁体检验质量块姿态旋转的测量精度小于0.02角秒。

如图4所示，所述磁悬浮控制系统包括四对位置控制线圈41和两对姿态控制线圈42。在磁屏蔽腔的x轴方向的两个表面上，安置以x轴为轴对称分布的四对位置控制线圈，通过施加不同方向的电流及电流强度，将小磁体检验质量块的质心始终控制在磁屏蔽腔中心。在磁屏蔽腔的y轴方向的两个表面以及z轴方向的两个表面上安置严格轴对称的两对姿态控制线圈，姿态控制线圈直径尺寸远大于小磁体检验质量块的外形尺寸，用于实现对小磁体检验质量块的姿态控制，将小磁体检验质量块等效磁矩方向始终控制在x轴方向。线圈电流的大小可以实现跨七个量级以上的精准控制，如在1nA-10mA的电流范围。

所述磁悬浮控制系统通过位置控制线圈41和姿态控制线圈42接收光学相干位移检测系统的反馈，实时控制小磁体检验质量块的位置和姿态，使其恒定悬浮于磁屏蔽腔a的中心位置，所述磁屏蔽腔a的中心位置与飞行器的质心位置相重合。

四对位置控制线圈的直径分别为0.56cm，线圈匝数各100匝，以磁屏蔽腔中心为坐标原点，在图1所示坐标系下，中心坐标分别为(-5cm，1cm，0)、(5cm，1cm，0)，(-5cm，0，1cm)、(5cm，0，1cm)，(-5cm，-1cm，0)、(5cm，-1cm，0)，(-5cm，0，-1cm)、(5cm，0，-1cm)；两对姿态控制线圈的直径分别为1.2cm，线圈匝数各100匝，中心坐标分别为(0，5cm，0)、(0，-5cm，0)，(0，0，5cm)、(0，0，-5cm)。

对小磁体检验质量块位置和姿态进行控制的基本方法：

当小磁体检验质量块线度很小时，可等效为一个磁偶极子(磁矩为)。而一个磁偶极子处于磁场(磁感应强度为)中时，磁偶极子受到磁场的作用有两种主要作用形式。首先，当磁偶极子的方向与外磁场方向不一致时，会受到转动力矩的作用磁偶极子将发生转动，直至与外磁场方向一致，此时达到磁偶极子在磁场中势能最低的状态这时候，异性磁荷相互接近，同性磁荷相互远离。若外磁场为非均匀磁场，此时由于磁偶极子中正负磁荷所处的位置的磁感应强度的差异，整个磁偶极子受到一个指向磁场增大方向的平动合力；外磁场为均匀磁场时，平动合力为零。

如图5-7所示，环形电流产生一个梯度磁场，处于其中的磁偶极子受到转动力矩和平动力的作用。而处于匀强磁场中的磁偶极子只受到力矩的作用，而受到的平动合力为零。因此，可以通过匀强磁场实现转动力矩的施加，而通过梯度磁场可实现平动力的施加，从而实现对小磁体检验质量块的姿态控制和位置控制。

小磁体检验质量块的位置控制

设四对位置控制线圈相应的磁矩分别记为 其在小磁体检验质量块位置区域产生磁场，由于线圈线度很小，可用磁偶极场来表示。为了反映通电控制线圈磁矩的方向，磁矩我们分别记为M_i为磁矩的大小，δ_i表示磁矩的方向，如δ_i＝1，则表示磁矩沿x轴正向；δ_i＝-1，则表示磁矩沿x轴负向。

小磁体检验质量块的磁矩记为下面计算通电控制线圈对小磁体检验质量块的电磁作用力。以其中第一对位置控制线圈1，1’来作一个分析，先计算对的控制电磁力，设为从指向的矢量，设中心所在位置坐标为(x，y，z)，相对中心所在位置的坐标为(a，b，c)，则有

其相互作用势为

利用

以及

可得到作用于小磁体检验质量块上的电磁力：

同理，对于对的控制作用，由于严格轴对称，中心所在位置坐标为(-a，b， c)，相应的与的相互作用势为

可得

由于x→0，y→0，z→0，即只要小磁体检验质量块中心偏离坐标原点，就立即实施控制，使其回到坐标原点。另外第一对位置控制线圈1，1’严格轴对称，且线圈大小、通电电流大小相等，故有

r₁＝r_1′，M₁＝M_1′ (21)

可见只要控制δ₁和δ_1′的取值以及(a，b，c)的取值，就可实现第一对位置控制线圈1，1’对小磁体检验质量块电磁力三个方向分量的独立控制。以上分析对其余三对位置控制线圈同样成立，具体控制方法如下：

(1)对于第一对位置控制线圈1，1’，取δ₁＝δ_1′＝1或-1，c＝0。

则有：

F_x1＝-F_x1′，F_y1＝F_y1′，F_z1＝F_z1′＝0 (22)

即实现了y方向分力的独立控制。

另外当取δ₁＝1，δ_1′＝-1或δ₁＝-1，δ_1′＝1，c＝0。

则有：

F_x1＝F_x1′，F_y1＝-F_y1′，F_z1＝F_z1′＝0 (23)

也可实现x方向分力的独立控制。

(2)对于第二对位置控制线圈2，2’，取δ₂＝δ_2′＝1或-1，b＝0。

则有：

F_x1＝-F_x1′，F_y1＝F_y1′＝0，F_z1＝F_z1′ (24)

即实现了z方向分力的独立控制。

另外当取δ₂＝1，δ_2′＝-1或δ₂＝-1，δ_2′＝1，b＝0。

则有：

F_x1＝F_x1′，F_y1＝F_y1′＝0，F_z1＝-F_z1′ (25)

也可实现x方向分力的独立控制。

(3)对于第三对位置控制线圈3，3’，取δ₃＝1，δ_3′＝-1或δ₃＝-1，δ_3′＝1，c＝0。

则有：

F_x1＝F_x1′，F_y1＝-F_y1′，F_z1＝F_z1′＝0 (26)

即实现了x方向分力的独立控制。同样地，第三对位置控制线圈3，3’也可以实现y方向的独立控制。

(4)对于第四对位置控制线圈4，4’，与前面三对线圈作用类似。可见，如果需要同时控制x，y，z三个方向的平动，则需要三对控制线圈。第四对位置控制线圈4，4’可作为冗余线圈，当其它三对控制线圈之一出现问题时，可由其代替实现相应分力的独立控制。

小磁体检验质量块的姿态控制

两对姿态控制线圈5，5’；6，6’实现对小磁体检验质量块姿态的控制，相应的磁矩分别记为两对线圈在小磁体检验质量块区域产生的磁感应强度分别为两对线圈中心与坐标原点的距离为l。由于每对线圈的大小和通电电流方向、大小完全相同，有

(1)第一对姿态控制线圈5，5’对小磁体检验质量块磁矩的控制分析：如图8所示，如果小磁体检验质量块磁矩偏离x方向，则小磁体检验质量块磁矩将受到第一对姿态控制线圈5，5’磁场对它的力矩作用，有

由于第一对姿态控制线圈5，5’的线度相比小磁体检验质量块所在区域较大，故其在小磁体检验质量块区域产生的磁场近似为均匀磁场，磁场方向为y方向，根据磁偶极场的计算公式，有

则相应的力矩大小为：

力矩方向垂直于和构成的平面，很显然在此力矩的作用下，将在XY平面内由y方向转向x方向。

(2)第二对姿态控制线圈6，6’对小磁体检验质量块磁矩的控制分析：如图9所示，第二对姿态控制线圈6，6’对小磁体检验质量块磁矩的控制与第一对姿态控制线圈5，5’对小磁体检验质量块磁矩的控制分析是类似的，在力矩用下，将在XZ平面内由z方向转向x方向。相应的有：

综合以上两对线圈的作用，可将小磁体检验质量块磁矩方向始终控制在x方向保持不变。

高精度加速度的测量：

在小磁体检验质量块平动和转动的控制中，位置控制线圈对小磁体检验质量块产生的电磁力抵消掉了飞行器受到非保守力所产生的加速度，维持小磁体检验质量块的质心与飞行器的质心始终重合，此时，电磁力矢量F与加速度矢量a之间的关系为F＝ma，其中m为小磁体检验质量块的质量。而电磁力的大小正比于位置控制线圈产生的磁场大小，位置控制线圈磁场大小正比于电流大小。故通过位置控制线圈施加的电流即可对飞行器的加速度进行精确测量。

所述光学位移磁悬浮加速度计保持了静电悬浮加速度计的优点，但回避了敏感结构加工难度大的技术瓶颈。真空磁屏蔽腔比较容易实现，通过光学相干位移检测系统，采用等臂长迈克尔逊位移检测方法，降低线路影响要素，实现对小磁体检验质量块位置和姿态的实时精确测量。采用磁悬浮控制系统可以对小磁体检验质量块的位置和姿态进行精确控制，利用位置控制线圈的电流正比于小磁体检验质量块的线性加速度大小，从而可以实现高精度的加速度矢量测量。

通过地面模拟计算，所制作的光学位移磁悬浮加速度计的主要技术指标，如噪声功率谱密度好于10^-8m·s^-2·Hz^-1/2，测量带宽5～100mHz。

Claims (9)

1.一种高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于包括真空磁屏蔽腔系统、光学相干位移检测系统、磁悬浮控制系统和小磁体检验质量块(b)，所述真空屏蔽腔系统包括磁屏蔽腔(a)，所述磁屏蔽腔(a)内为真空状态，所述小磁体检验质量块(b)位于所述磁屏蔽腔(a)内；所述光学相干位移检测系统位于所述磁屏蔽腔(a)上，用于通过向小磁体检验质量块(b)发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体检验质量块(b)的空间位置和姿态的实时定位；所述磁悬浮控制系统位于磁屏蔽腔(a)上，用于实时控制小磁体检验质量块(b)的位置和姿态，使其恒定悬浮于磁屏蔽腔(a)的中心位置，所述磁屏蔽腔(a)的中心位置与飞行器的质心位置相重合；

所述光学相干位移检测系统包括若干对光学准直探头(31)，所述每对光学准直探头(31)分别通过光纤(32)与等臂长迈克尔逊位移检测装置(33)相连，所述等臂长迈克尔逊位移检测装置(33)与数字相位解调PGC电路(34)电气连接，所述光学准直探头(31)位于所述磁屏蔽腔(a)的不同位置；光源通过系统中的各对光学准直探头(31)向小磁体检验质量块(b)发射光信号，并接收其反射回的光信号，光信号中包含小磁体检验质量块(b)的位置和姿态信息，光信号通过光纤(32)传输到等臂长迈克尔逊位移检测装置(33)，利用干涉原理处理光信号，将小磁体检验质量块(b)的位移、偏转角转化为可识别的相位变化，对各对光学准直探头(31)的测量结果，通过矢量叠加原理，得到其位移、偏转角叠加后的相位变化；数字相位解调PGC电路(34)实现对相位的快速解调，最终通过相位变化计算出小磁体检验质量块(b)偏离质心的位移量及小磁体检验质量块(b)绕垂直于磁矩方向的两个转轴的旋转角，并反馈给磁悬浮控制系统对小磁体检验质量块(b)进行位置和姿态的实时控制。

2.如权利要求1所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：所述光学准直探头(31)设置有5对，其中，在磁屏蔽腔x轴方向即左右2个腔壁上设置了3对，其中，在右边腔壁y方向上的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块绕z轴旋转的姿态变化，右边腔壁z方向上的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块绕y轴旋转的姿态变化，左右两腔壁中心位置处设置的1对光学准直探头用于测量小磁体检验质量块x方向的平动位移；在屏蔽腔y轴方向即上下2个腔壁中心处设置了1对光学准直探头，用于测量小磁体检验质量块y方向的平动位移；在屏蔽腔z轴方向即前后2个腔壁中心处设置了1对光学准直探头，用于测量小磁体检验质量块z方向的平动位移。

3.如权利要求1所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：所述磁悬浮控制系统包括若干对位置控制线圈(41)和若干对姿态控制线圈(42)，所述位置控制线圈(41)对称的设置于所述磁屏蔽腔(a)的左、右侧壁上，所述姿态控制线圈(42)对称的设置于所述磁屏蔽腔(a)的上、下、前、后侧壁上，所述磁悬浮控制系统通过位置控制线圈(41)和姿态控制线圈(42)接收光学相干位移检测系统的反馈，实时控制小磁体检验质量块(b)的位置和姿态，使其恒定悬浮于磁屏蔽腔(a)的中心位置，所述磁屏蔽腔(a)的中心位置与飞行器的质心位置相重合。

4.如权利要求3所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：在磁屏蔽腔(a)的x轴方向的两个表面上，安置以x轴为轴对称分布的四对位置控制线圈(41)，通过施加不同方向的电流及电流强度，将小磁体检验质量块(b)的质心始终控制在磁屏蔽腔(a)中心。

5.如权利要求3所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：在磁屏蔽腔(a)的y轴方向的两个表面以及z轴方向的两个表面上安置严格轴对称的两对姿态控制线圈(42)，姿态控制线圈(42)直径尺寸远大于小磁体检验质量块(b)的外形尺寸，用于实现对小磁体检验质量块(b)的姿态控制，将小磁体检验质量块(b)等效磁矩方向始终控制在x轴方向。

6.如权利要求3所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：在小磁体检验质量块(b)平动和转动的控制中，位置控制线圈(41)对小磁体检验质量块(b)产生的电磁力抵消掉飞行器受到非保守力所产生的加速度，维持小磁体检验质量块(b)的质心与飞行器的质心始终重合，此时，电磁力矢量F与加速度矢量a之间的关系为F＝ma，其中m为小磁体检验质量块(b)的质量，而电磁力的大小正比于位置控制线圈(41)产生的磁场大小，位置控制线圈(41)磁场大小正比于电流大小，通过位置控制线圈(41)施加的电流即可对飞行器的加速度进行精确测量。

7.如权利要求1所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：所述小磁体检验质量块(b)为圆柱形。

8.如权利要求1所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：所述小磁体检验质量块(b)选用永磁体材料制作。

9.如权利要求1所述的高精度光学位移磁悬浮加速度计，其特征在于：所述小磁体检验质量块(b)的外侧包裹有非磁性材料。