[發明專利]具有噪聲消除的集成光學陀螺儀

在審

• 申請號: 201880032107.0
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN110651167A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 賽義德·阿里·哈吉米里;帕勒姆·波爾桑德基亞爾
• 申請（專利權）人: 加州理工學院
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64;G01C19/66;G01C19/72;G02F1/21
• 代理公司: 11262 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 陸建萍;楊明釗

光學陀螺儀部分地包括光學開關、一對光學環和一對光電探測器。光學開關提供激光束。第一光學環在周期的第一半部分期間沿順時針方向傳送光束的第一部分，并且在周期的第二半部分期間沿逆時針方向傳送光束的第一部分。第二光學環在周期的第一半部分期間沿逆時針方向傳送光束的第二部分，并且在周期的第二半部分期間沿順時針方向傳送光束的第二部分。第一光電探測器在周期的第一半部分期間接收由第一光學環和第二光學環傳送的光束。第二光電探測器在周期的第二半部分期間接收由第一光學環和第二光學環傳送的光束。

相關申請的交叉引用

本申請根據35 USC 119(e)要求于2017年5月30日遞交的序列號為62/512,619的申請的權益，其內容通過引用以其整體并入本文。

發明領域

本發明涉及陀螺儀，并且更具體地涉及光學陀螺儀。

發明背景

陀螺儀被用于各種設備，如智能手機、汽車、飛機和用于導航的類似設備。眾所周知，陀螺儀的精度與其尺寸之間存在權衡。例如，具有相對高精度的環形激光陀螺儀或光纖陀螺儀既昂貴又笨重。基于微機電系統(MEMS)的陀螺儀相對較小，但缺乏精度。

傳統臺式基于激光的陀螺儀需要高精度對準、潔凈的介質和高質量激光源來探測(由于薩格奈克效應(Sagnac effect)的)小相移并使噪聲最小化。

發明簡述

根據本發明的一個實施例，光學陀螺儀部分地包括：光學開關，該光學開關適于在周期的第一半部分期間將激光束傳送到第一路徑，并在該周期的第二半部分期間將激光束傳送到第二路徑；第一光學環(optical ring)，該第一光學環被配置成在周期的第一半部分期間以順時針方向傳送從第一路徑接收的光束的第一部分，并且還被配置成在該周期的第二半部分期間以逆時針方向傳送從第二路徑接收的光束的第一部分；第二光學環，該第二光學環被配置成在該周期的第一半部分期間以逆時針方向傳送從第一路徑接收的光束的第二部分，并且還被配置成在該周期的第二半部分期間以順時針方向傳送從第二路徑接收的光束的第二部分；第一光電探測器，該第一光電探測器適于在該周期的第一半部分期間接收由第一光學環和第二光學環傳送的光束；以及第二光電探測器，該第二光電探測器適于在該周期的第二半部分期間接收由第一光學環和第二光學環傳送的光束。

根據本發明的一個實施例，光學陀螺儀還部分地包括：第一跨阻放大器，該第一跨阻放大器適于以第一放大值放大第一光電探測器的輸出信號；以及第二跨阻放大器，該第二跨阻放大器適于以第二放大值放大第二光電探測器的輸出信號。根據本發明的一個實施例，光學陀螺儀還部分地包括第一相位調制器，該第一相位調制器適于將由第一光學環接收或傳送的光束延遲第一預定義相位值。在一個實施例中，第一預定義相位值是90°相位值。

在一些實施例中，光學陀螺儀還部分地包括信號組合器，該信號組合器適于生成表示第一跨阻放大器和第二跨阻放大器的組合輸出的第一信號。在一些實施例中，光學陀螺儀還部分地包括帶通濾波器，該帶通濾波器適于將第一信號濾波。在一些實施例中，光學陀螺儀還部分地包括混頻器，該混頻器適于將經濾波的第一信號的頻率下變頻以生成基帶信號。在一些實施例中，光學陀螺儀還部分地包括控制器，該控制器適于將基帶信號轉換成數字信號，并響應于該數字信號而生成表示光學陀螺儀繞軸的旋轉度數(degree ofrotation)的信號。

在一個實施例中，第一光學環和第二光學環是環形諧振器。在一個實施例中，第一環形諧振器和第二環形諧振器中的每一個還部分地包括適于調諧諧振器的一個或更多個加熱元件。在一個實施例中，加熱元件是與第一環形諧振器和第二環形諧振器集成的電阻加熱元件。在一個實施例中，信號組合器適于將第一跨阻放大器和第二跨阻放大器的輸出信號相加。在一個實施例中，光學開關包括馬赫曾德爾干涉儀。

在一個實施例中，光學陀螺儀還部分地包括第二相位調制器，該第二相位調制器適于將由第二光學環接收或傳送的信號延遲第二預定義相位值。在一個實施例中，第二相位值是90°相位值。