專利名稱：多光束光阱剛度標定裝置及其方法
技術領域：
本發明屬于慣性導航系統領域，具體涉及一種多光束光阱剛度標定裝置及其方法。
背景技術：
加速度計的剛度是表征加速度性能的一個重要指標。多光束光阱具有很低的剛度，一般采用拖曳法或利用布朗運動來標定光阱的剛度。布朗運動法易受外界擾動的影響；拖曳法需要位置探測器具有很高的時間分辨率和空間分辨率；采用殘余重力法標定光阱剛度既不易受外界干擾，并且使用普通的CCD即可實現光阱剛度的標定。
發明內容
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本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種多光束光阱剛度標定裝置及其方法。多光束光阱剛度標定裝置包括分度臺、光纖光阱系統的基片、被捕獲的微粒、隔離器、激光器；分度臺上設有光纖光阱系統的基片，光纖光阱系統的基片上載有待被捕獲的微粒，兩激光器發出的激光經隔離器通過光纖與由光纖光阱系統的基片固定相對的光纖相連；最后照射到待被捕獲的微粒上，產生光阱。所述的光纖光阱系統的基片、隔離器、激光器由光纖連接組成光纖光阱系統；所述的光纖光阱系統的基片上的中心設有一個“十”字型凹槽，并固定有相互垂直相對的兩組光纖構成光纖光阱系統的基片。多光束光講剛度標定方法是將待被捕獲的微粒置于液體中，液體的密度小于微粒的密度，通過光阱將被捕獲的微粒捕獲在一個穩定的位置，當光纖光阱系統的基片有一個傾角的變化時，被捕獲的微粒在傾角的方向受到殘余重力的影響和發生位移，再次平衡時，光阱力與殘余重力平衡；由于光阱力在一個小范圍內是線性的，通過測量不同傾角下微粒的位移，標定出光阱的剛度；
多光束光阱剛度的標定的具體步驟如下
步驟一、裝配好光纖光阱系統，將光纖光阱系統的基片固定于分度臺I上，在“十”字型凹槽中滴入液體，置于顯微鏡下觀察，使得可以清晰的看到“十”字型凹槽中心；
步驟二、將待被獲微粒滴入光纖光阱系統基片的“十”字凹槽中，打開激光，確認待被捕獲微粒被光束捕獲；
步驟三、打開顯微鏡的錄像，錄制5分鐘的視頻；將分度臺轉動角度 ，再錄制5分鐘的視頻；
步驟四、采用視頻處理的方法，處理步驟三得到的視頻，得出分度臺轉動前后微粒相對于光纖端面的位移。所述的光纖光阱系統采用雙光束光阱或四光束光阱。所述被捕獲微粒為聚苯乙烯微粒、碳化硅或二氧化硅微粒。所述的溶液為去離子水、KOH溶液或NaCl溶液。
本發明采用殘余重力的方法，為多光束光阱提供微小的外力，通過測量平衡位置的位移和殘余重力的大小，標定光阱的剛度。多光束光阱具有靈敏度高，剛度小的特點，其
剛度可以達到10"" ，傳統的測量剛度的方法不再適用于這種加速度計剛度的標定。該
方法適用于標定由激光的散射力和梯度力所產生的光阱的剛度。
圖I是多光束光阱剛度標定裝置結構示意 圖2是本發明的光纖光阱系統的基片結構示意 圖3是多光束光阱剛度標定原理圖。
具體實施例方式如圖1、2所示，多光束光阱剛度標定裝置包括分度臺I、光纖光阱系統的基片2、被捕獲的微粒3、隔離器4、激光器5 ;分度臺I上設有光纖光阱系統的基片2，光纖光阱系統的基片2上載有待被捕獲的微粒3,兩激光器5發出的激光經隔離器4通過光纖與由光纖光講系統的基片2固定相對的光纖相連；最后照射到待被捕獲的微粒3上，產生光阱。所述的光纖光阱系統的基片2、隔離器4、激光器5由光纖連接組成光纖光阱系統；所述的光纖光阱系統的基片2上的中心設有一個“十”字型凹槽，并固定有相互垂直相對的兩組光纖構成光纖光阱系統的基片。多光束光阱剛度標定方法是將待被捕獲的微粒3置于液體中，液體的密度小于微粒的密度，通過光阱將被捕獲的微粒3捕獲在一個穩定的位置，當光纖光阱系統的基片2有一個傾角的變化時，被捕獲的微粒3在傾角的方向受到殘余重力的影響和發生位移，再次平衡時，光阱力與殘余重力平衡；由于光阱力在一個小范圍內是線性的，通過測量不同傾角下微粒的位移，標定出光阱的剛度；
多光束光阱剛度的標定的具體步驟如下
步驟一、裝配好光纖光阱系統，將光纖光阱系統的基片2固定于分度臺I上，在“十”字型凹槽中滴入液體，置于顯微鏡下觀察，使得可以清晰的看到“十”字型凹槽中心；
步驟二、將待被獲微粒3滴入光纖光阱系統基片的“十”字凹槽中，打開激光5，確認待被捕獲微粒3被光束捕獲；
步驟三、打開顯微鏡的錄像，錄制5分鐘的視頻；將分度臺I轉動角度α，再錄制5分鐘的視頻；
步驟四、采用視頻處理的方法，處理步驟三得到的視頻，得出分度臺I轉動前后微粒相對于光纖端面的位移。所述的光纖光阱系統采用雙光束光阱或四光束光阱。所述被捕獲微粒3為聚苯乙烯微粒、碳化硅或二氧化硅微粒。所述的溶液為去離子水、KOH溶液或NaCl溶液。利用本發明標定多光束光阱剛度的原理如下
如圖3所示，初始基片與豎直方向垂直；粒子由于浸沒在液體中中，僅剩O. 05的殘余重
力。當轉過角度α，殘余重力在軸向的分力為0.05.%g_sin￡i，粒子穩定時，在軸向滿足
權利要求
1.一種多光束光阱剛度標定裝置，其特征在于包括分度臺(I)、光纖光阱系統的基片(2)、被捕獲的微粒(3)、隔離器(4)、激光器(5);分度臺(I)上設有光纖光阱系統的基片(2),光纖光講系統的基片(2)上載有待被捕獲的微粒(3),兩激光器(5)發出的激光經隔離器(4)通過光纖與由光纖光阱系統的基片(2)固定相對的光纖相連；最后照射到待被捕獲的微粒(3)上，產生光阱。
2.根據權利要求I所述的一種多光束光阱剛度標定裝置，其特征在于所述的光纖光阱系統的基片(2)、隔離器(4)、激光器(5)由光纖連接組成光纖光阱系統；所述的光纖光阱系統的基片(2)上的中心設有一個“十”字型凹槽，并固定有相互垂直相對的兩組光纖構成光纖光阱系統的基片。
3.一種使用如權利要求I或2所述裝置的多光束光阱剛度標定方法，其特征在于將待被捕獲的微粒(3)置于液體中，液體的密度小于微粒的密度，通過光阱將被捕獲的微粒(3)捕獲在一個穩定的位置，當光纖光阱系統的基片(2)有一個傾角的變化時，被捕獲的微粒(3)在傾角的方向受到殘余重力的影響和發生位移，再次平衡時，光阱力與殘余重力平衡；由于光阱力在一個小范圍內是線性的，通過測量不同傾角下微粒的位移，標定出光阱的剛度； 多光束光阱剛度的標定的具體步驟如下 步驟一、裝配好光纖光阱系統，將光纖光阱系統的基片(2)固定于分度臺(I)上，在“十”字型凹槽中滴入液體，置于顯微鏡下觀察，使得可以清晰的看到“十”字型凹槽中心；步驟二、將待被獲微粒(3)滴入光纖光阱系統基片的“十”字凹槽中，打開激光(5)，確認待被捕獲微粒(3)被光束捕獲； 步驟三、打開顯微鏡的錄像，錄制5分鐘的視頻；將分度臺(I)轉動角度，再錄制5分鐘的視頻； 步驟四、采用視頻處理的方法，處理步驟三得到的視頻，得出分度臺I轉動前后微粒相對于光纖端面的位移。
4.如權利要求I所述的一種多光束光講剛度標定方法，其特征在于所述的光纖光講系統采用雙光束光阱或四光束光阱。
5.如權利要求I所述的一種多光束光講剛度標定方法，其特征在于所述被捕獲微粒(3)為聚苯乙烯微粒、碳化硅或二氧化硅微粒。
6.如權利要求I所述的一種多光束光講剛度標定方法，其特征在于所述的溶液為去離子水、KOH溶液或NaCl溶液。
全文摘要
本發明公開了一種多光束光阱剛度標定裝置及其方法。它包括分度臺、光纖光阱系統的基片、被捕獲的微粒、隔離器、激光器；分度臺上設有光纖光阱系統的基片，光纖光阱系統的基片上載有待被捕獲的微粒，兩激光器發出的激光經隔離器通過光纖與由光纖光阱系統的基片固定相對的光纖相連；最后照射到待被捕獲的微粒上，產生光阱。本發明采用殘余重力的方法，為多光束光阱提供微小的外力，通過測量平衡位置的位移和殘余重力的大小，標定光阱的剛度。多光束光阱具有靈敏度高，剛度小的特點，其剛度可以達到,傳統的測量剛度的方法不再適用于這種加速度計剛度的標定。該方法適用于標定由激光的散射力和梯度力所產生的光阱的剛度。
文檔編號G01P21/00GK102841219SQ20121032284
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者胡慧珠, 張威, 鐵敏強, 繆立軍 申請人:浙江大學