CN114646776A - 一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，具体涉及加速度测量领域，包括S1、光源输出；S2、光线分散；S3、光纤线圈发生同步位移；S4、相位改变；S5、数据的转换，本发明利用激光在光纤里运行，当光纤移动而产生的相对论效应来完成检测，激光传送不受温度限制，光纤采用纯石英材质，纯石英具有很好的耐高温特性，来完成对高温环境振动的测量。
Description
技术领域
本发明涉及加速度测量领域，尤其涉及一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法。
背景技术
加速度(Acceleration)是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值Δv/Δt，是描述物体速度变化快慢的物理量，通常用a表示，单位是米/平方秒，加速度是矢量，它的方向是物体速度变化(量)的方向，与合外力的方向相同。
目前测量加速度的设备通过加速度传感器来完成，加速度传感器采用的核心部件受居里点温度的限制，及内部电子部件的适应温度的限制，不能做到很高的工作温度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，包括以下步骤：
S1、光源输出：激光发射器发出激光束，激光束射向分束镜；
S2、光线分散：激光束经过分束镜后分散，分散为第一光束和第二光束，第一光束经过第一透镜沿着光纤线圈ABCD的方向传播，第二光束经过第二透镜沿着DCBA的方向传播，之后两光束沿着原路回到分束镜共同传播至检测器内；
S3、光纤线圈发生同步位移：当光纤线圈的C处得振源发生振动，那么光纤线圈的BC将会随振源C处同步振动，即发生同步位移，振源即被测件，与线圈在C处粘连，BC随振源(被测件)随动；
S4、相位改变：光纤线圈中相向运行的两束激光在光纤位移的作用下，发生相对论的效应，两束激光的相位发生变化；
S5、数据的转换：实时变化的相位被检测器检出转化为数据，送入数据处理单元，将检测器传来的电信号转化为数据，并加以分析，得到振动参数数据传出，即可换算出振源C处的振动频率、振幅、振动速度，振动加速度等物理量，其中，检测器的工作原理为：利用光波的干涉原理，两束光在检测仪的投屏上产生干涉条纹，当两束光的相差相位
发生变化时，检测仪的投屏上的干涉条纹产生相应的变化，投屏上的感光部件将其转变为信号传出。
优选的，光纤线圈上设有A、B、C、D四点，当ABCD为平行四边形时，则L＝AB+BC+CD+DA，其中L为光纤线圈每匝线圈的长度，线圈静止状态下，光源输出的激光束通过线圈的时间为：
其中t为每匝光纤线圈的长度，N为线圈的总匝数，C是线圈中的光速。
优选的，光纤线圈ABCD受力变形成AB＇C＇D，那么：C＇F＝B＇E＝ΔL；
第一光束沿线圈ABCD方向传播时，光纤线圈变形成AB＇C＇D，光的来源处B移动到B＇行程的位移矢量EB＇：
此时，属于广元移动，不予考虑，光的离去方向上的C移动到位置C＇的位移矢量FC＇：FC＇＝ΔL，相当于光的传播路径长度减少了ΔL，此时，等效长度为：L-ΔL；
第二光束沿着DCBA方向传播时，光的来源处C移动到C＇形成的位移矢量FC＇：FC＇＝ΔL，此移动属于光源移动，不予考虑，光的离去方向上的B移动到位置B＇形成的位移矢量EB＇：
相当于光的传播路径增加了ΔL，此时，等效长度为：L+ΔL，其中，配重块位于AD处，利用惯性原理，其作用在线圈随动部分BC随振源振动时，使线圈静止部分AD保持静止不动。
优选的，第一光束沿着ABCD方向跑完整个光纤线圈的时间为：
第二光束沿着DCBA方向跑完整个光纤线圈的时间为：
第一光束和第二光束同时进入光纤线圈，跑完整个线圈形成的时间差为：
跑完整个线圈形成的相位差为：
其中，f为光波频率，T为光波周期，关系：T＝1/f，则
优选的，光纤线圈AD以及BC部分为刚性支撑，光纤线圈AB以及DC部分为柔性支撑，光纤线圈C处设置有振源。
通过采用上述方案：光纤线圈中相互平行的部分分别采用刚性支撑以及柔性支撑，能够使得光纤线圈在发生位移时光纤线圈整体保持平行四边形的形状。
本发明的有益效果为：
本发明利用激光在光纤里运行，当光纤移动而产生的相对论效应来完成检测，激光传送不受温度限制，光纤采用纯石英材质，纯石英具有很好的耐高温特性，(石英熔点1700摄氏度，可稳定使用在1100摄氏度不变性)，来完成对高温环境振动的测量。
附图说明
图1为本发明中的流程图；
图2为本发明中的加速度测量系统构成示意图；
图3为本发明中的光纤线圈变形示意图。
图例说明：1、光纤线圈；2、配重块；3、第一透镜；4、第二透镜；5、分束镜；6、检测器；7、激光发射器。
具体实施方式
下面将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一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-3所示，一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，包括以下步骤：
S1、光源输出：激光发射器发出激光束，激光束射向分束镜；
S2、光线分散：激光束经过分束镜后分散，分散为第一光束和第二光束，第一光束经过第一透镜沿着光纤线圈ABCD的方向传播，第二光束经过第二透镜沿着DCBA的方向传播，之后两光束沿着原路回到分束镜共同传播至检测器内，光纤线圈AD以及BC部分为刚性支撑，光纤线圈AB以及DC部分为柔性支撑，光纤线圈C处设置有振源，其中，光纤线圈的工作原理为：
当ABCD为平行四边形时，则L＝AB+BC+CD+DA，其中L为光纤线圈每匝线圈的长度，线圈静止状态下，光源输出的激光束通过线圈的时间为：
其中t为每匝光纤线圈的长度，N为线圈的总匝数，C是线圈中的光速；
光纤线圈ABCD受力变形成AB＇C＇D，那么：C＇F＝B＇E＝ΔL；
第一光束沿线圈ABCD方向传播时，光纤线圈变形成AB＇C＇D，光的来源处B移动到B＇行程的位移矢量EB＇：
此时，属于广元移动，不予考虑，光的离去方向上的C移动到位置C＇的位移矢量FC＇：FC＇＝ΔL，相当于光的传播路径长度减少了ΔL，此时，等效长度为：L-ΔL；
第二光束沿着DCBA方向传播时，光的来源处C移动到C＇形成的位移矢量FC＇：FC＇＝ΔL，此移动属于光源移动，不予考虑，光的离去方向上的B移动到位置B＇形成的位移矢量EB＇：
相当于光的传播路径增加了ΔL，此时，等效长度为：L+ΔL；
第一光束沿着ABCD方向跑完整个光纤线圈的时间为：
第二光束沿着DCBA方向跑完整个光纤线圈的时间为：
第一光束和第二光束同时进入光纤线圈，跑完整个线圈形成的时间差为：
跑完整个线圈形成的相位差为：
其中，f为光波频率，T为光波周期，关系：T＝1/f，则
其中，配重块位于AD处，利用惯性原理，其作用在线圈随动部分BC随振源振动时，使线圈静止部分AD保持静止不动；
S3、光纤线圈发生同步位移：当光纤线圈的C处得振源发生振动，那么光纤线圈的BC将会随振源C处同步振动，即发生同步位移，振源即被测件，与线圈在C处粘连，BC随振源(被测件)随动；
S4、相位改变：光纤线圈中相向运行的两束激光在光纤位移的作用下，发生相对论的效应，两束激光的相位发生变化；
S5、数据的转换：实时变化的相位被检测器检出转化为数据，送入数据处理单元，将检测器传来的电信号转化为数据，并加以分析，得到振动参数数据传出，即可换算出振源C处的振动频率、振幅、振动速度，振动加速度等物理量，其中，检测器的工作原理为：利用光波的干涉原理，两束光在检测仪的投屏上产生干涉条纹，当两束光的相差相位
发生变化时，检测仪的投屏上的干涉条纹产生相应的变化，投屏上的感光部件将其转变为信号传出。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、光源输出；
S2、光线分散；
S3、光纤线圈发生同步位移；
S4、相位改变；
S5、数据的转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为：激光发射器发出激光束，激光束射向分束镜。
3.根据权利要求1所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，所述S2的具体步骤为：激光束经过分束镜后分散，分散为第一光束和第二光束，第一光束经过第一透镜沿着光纤线圈ABCD的方向传播，第二光束经过第二透镜沿着DCBA的方向传播，之后两光束沿着原路回到分束镜共同传播至检测器内。
4.根据权利要求1所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：当光纤线圈的C处得振源发生振动，那么光纤线圈的BC将会随振源C处同步振动，即发生同步位移。
5.根据权利要求1所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，所述S4的具体步骤为：光纤线圈中相向运行的两束激光在光纤位移的作用下，发生相对论的效应，两束激光的相位发生变化。
6.根据权利要求1所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，所述S5的具体步骤为：实时变化的相位被检测器检出转化为数据，送入数据处理单元，将检测器传来的电信号转化为数据，并加以分析，得到振动参数数据传出，即可换算出振源C处的振动频率、振幅、振动速度，振动加速度等物理量。
7.根据权利要求3所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，光纤线圈上设有A、B、C、D四点，当ABCD为平行四边形时，则L＝AB+BC+CD+DA，其中L为光纤线圈每匝线圈的长度，线圈静止状态下，光源输出的激光束通过线圈的时间为：
其中t为光纤线圈，N为线圈的总匝数，C是线圈中的光速。
8.根据权利要求7所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，光纤线圈ABCD受力变形成AB＇C＇D，那么：C＇F＝B＇E＝ΔL；
第一光束沿线圈ABCD方向传播时，光纤线圈变形成AB＇C＇D，光的来源处B移动到B＇行程的位移矢量EB＇：
此时，属于广元移动，不予考虑，光的离去方向上的C移动到位置C＇的位移矢量FC＇：FC＇＝ΔL，相当于光的传播路径长度减少了ΔL，此时，等效长度为：L-ΔL；
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9.根据权利要求所述8的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，第一光束沿着ABCD方向跑完整个光纤线圈的时间为：
第二光束沿着DCBA方向跑完整个光纤线圈的时间为：
第一光束和第二光束同时进入光纤线圈，跑完整个线圈形成的时间差为：
跑完整个线圈形成的相位差为：
其中，f为光波频率，T为光波周期，关系：T＝1/f，则
10.根据权利要求4所述的一种基于狭义相对论的超宽温加速度测量方法，其特征在于，光纤线圈AD以及BC部分为刚性支撑，光纤线圈AB以及DC部分为柔性支撑，光纤线圈C处设置有振源。
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