[發明專利]用于光機械裝置的反饋冷卻和檢測

在審

• 申請號: 202010107882.7
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111830282A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 約書亞·多爾;查德·費爾蒂希;亞瑟·薩夫琴科;史蒂文·廷;尼爾·克呂格爾
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01P15/093
• 分類號: G01P15/093;G01H13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曹凌;劉茜

本發明題為“用于光機械裝置的反饋冷卻和檢測”。本發明提供了一種用于調制光信號以降低熱噪聲并跟蹤檢測質量塊組件的機械共振的光機械裝置，該光機械裝置包括電路，該電路被配置用于：從發光裝置接收光信號，并且調制光信號以移除熱噪聲并使用冷卻反饋信號和機械共振反饋信號將機械響應頻率驅動至檢測質量塊組件的機械共振。電路被進一步配置用于：使用調制光信號生成冷卻反饋信號，以對應于總回路增益為零并且相位差為180度的調制光信號的熱噪聲信號；并且使用調制光信號生成機械共振反饋信號，以將調制光信號的機械響應頻率驅動至機械共振。

技術領域

本公開涉及光機械裝置，諸如被配置成使用調制光信號來測量加速度的加速度計。

背景技術

光機械裝置包括用于檢測加速度(即，加速度計)、速度、振動和其他參數的裝置。例如，在光機械加速度計中，機械結構的共振頻率在光機械裝置中的加速度下偏移。可通過將近共振光施加到結構的光學共振并測量透射的或反射的光來用光學場讀出機械共振頻率。

發明內容

一般來講，本公開涉及用于反饋“冷卻”光機械裝置的裝置、系統和技術。如本文所用，冷卻可指減輕熱噪聲對光機械共振器的影響。例如，在室溫下，熱噪聲可通過引起機械頻率的不穩定性(例如，隨機波動)來限制性能。該不穩定性可限制最終的本底噪聲并因此限制光機械裝置的性能。具體地，光機械裝置可被配置用于使用調諧的冷卻反饋回路來冷卻機械溫度，同時注入較大的(例如，增益大于20dB)、穩定的機械驅動信號來以期望機械振幅驅動光機械裝置，這可有助于減輕熱噪聲對光機械共振器的影響。

在一個示例中，用于調制光信號以降低熱噪聲并跟蹤檢測質量塊組件的機械共振的光機械裝置包括電路，該電路被配置用于：從發光裝置接收光信號；調制光信號以移除熱噪聲并使用冷卻反饋信號和機械共振反饋信號將機械響應頻率驅動至檢測質量塊組件的機械共振；使用調制光信號生成冷卻反饋信號以對應于總回路增益為零且相位差為180度的調制光信號的熱噪聲信號；并且使用調制光信號生成機械共振反饋信號以將調制光信號的機械響應頻率驅動至機械共振。

在另一個示例中，用于調制光信號以降低熱噪聲并跟蹤檢測質量塊組件的機械共振的方法包括：通過電路從發光裝置接收光信號；通過電路調制該光信號以移除熱噪聲并使用冷卻反饋信號和機械共振反饋信號來將機械響應頻率驅動至檢測質量塊組件的機械共振；由電路使用調制光信號生成冷卻反饋信號，以對應于總回路增益為零且相位差為180度的調制光信號的熱噪聲信號；以及由電路使用調制光信號生成機械共振反饋信號，以將調制光信號的機械響應頻率驅動至機械共振。

在另一個示例中，用于調制光信號以降低熱噪聲并跟蹤檢測質量塊組件的機械共振的光機械系統包括被配置用于發射光信號的發光裝置、檢測質量塊組件和電路。該電路被配置用于：從發光裝置接收光信號；調制光信號以移除熱噪聲并使用冷卻反饋信號和機械共振反饋信號將機械響應頻率驅動至檢測質量塊組件的機械共振；使用調制光信號來生成冷卻反饋信號以對應于總回路增益為零且相位差為180度的調制光信號的熱噪聲信號；并且使用調制光信號生成機械共振反饋信號以將調制光信號的機械響應頻率驅動至機械共振。

本發明內容旨在提供本公開中描述的主題的概述。不旨在提供以下附圖和說明書中詳細描述的系統、裝置和方法的排他性或詳盡的說明。本公開的一個或多個示例的另外的細節在以下附圖和說明書中闡述。其他特征、目的和優點將從描述和附圖以及從權利要求書中顯而易見。

附圖說明

圖1是示出根據本公開的一種或多種技術的電光機械系統的框圖。

圖2是更詳細地示出根據本公開的一種或多種技術的圖1的電路的框圖。

圖3示出了根據本公開的一種或多種技術的包括通過第一雙端音叉(DETF)結構、第二DETF結構和一組拴系件來懸置在框架內的檢測質量塊的圖1的檢測質量塊組件的概念圖。

圖4示出了根據本公開的一種或多種技術的圖1的加速度計系統的概念圖。