CN110967001A - 一种腔光机械振动陀螺 - Google Patents

一种腔光机械振动陀螺 Download PDF

Info

Publication number
CN110967001A
CN110967001A CN201911303089.8A CN201911303089A CN110967001A CN 110967001 A CN110967001 A CN 110967001A CN 201911303089 A CN201911303089 A CN 201911303089A CN 110967001 A CN110967001 A CN 110967001A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavity
driving
annular cavity
sensitive
mechanical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911303089.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110967001B (zh
Inventor
刘宇
杨慧慧
路永乐
邸克
邹新海
方针
卜继军
付乐乐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN201911303089.8A priority Critical patent/CN110967001B/zh
Publication of CN110967001A publication Critical patent/CN110967001A/zh
Priority to PCT/CN2020/117667 priority patent/WO2021120768A1/zh
Priority to US17/272,944 priority patent/US11415417B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN110967001B publication Critical patent/CN110967001B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
    • G01C19/5677—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional vibrators, e.g. ring-shaped vibrators
    • G01C19/5684—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional vibrators, e.g. ring-shaped vibrators the devices involving a micromechanical structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/66—Ring laser gyrometers
    • G01C19/661—Ring laser gyrometers details
    • G01C19/665—Ring laser gyrometers details control of the cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明请求保护一种腔光机械振动陀螺，属于谐振式光学陀螺技术和微光机电技术领域。基于环形微腔结合哥氏振动原理实现的新型腔光机械哥氏振动微陀螺，其驱动与检测将完全不同于现有的电或磁的常规方式，本发明在传统哥氏振动陀螺敏感角速率结构原理基础上，运用腔光机械技术实现振动陀螺的驱动检测与传感全光化，在根本上抑制在电或磁驱动下引入的各项噪声性质(包括热噪声、交叉干扰、连接点噪声和正交误差等)，并在微腔光机械效应下通过频率移动与光振幅的线性关系获取位移(振动)传感信息，从而在机械学和光学交叉领域完整和***地研究一种新型陀螺，使其具备高灵敏度、高带宽、高动态范围和高稳定性等性能特征。

Description

一种腔光机械振动陀螺
技术领域
本发明属于谐振式光学陀螺技术和微光机电技术领域，特别保护了一种新型腔光机械振动陀螺，包括结构设计和驱动检测方法。
背景技术
陀螺仪(简称陀螺)是用一种物体转动角速率检测的惯性器件，微陀螺是一种陀螺技术和微电子机械***(Micro-electro-mechanical Systems,MEMS)技术相结合，测量角度或角速率的惯性传感器。目前，按工作原理不同，陀螺可以分为机械转子式陀螺、光学陀螺和振动陀螺。机械转子式陀螺、光学陀螺(包括光纤陀螺和激光陀螺等)虽然在精度上能够满足要求，但对于航空航天，导弹制导等应用领域来说，其抗过载能力很弱，且结构复杂、体积较大、成本高。传统振动陀螺灵敏度普遍偏低的根本原因正是受限于原理性电、磁噪声影响，这种噪声大，使得陀螺必须在机械谐振频率点上工作才能获得较好的信号输出质量。这种传统器件必须具有理想的谐振频率点，而要获得理想的谐振频率点则需要在封装过程中对结构参数进行非常准确的调整，这一过程往往又受限于加工精度。为在复杂环境中获得好的敏感性能，传感器的机械品质因数需设计得非常大，这就加大了机械驱动和检测频率匹配的结构设计难度。另外，增大品质因数会减少测量带宽，相应也会减少传感器的动态测量范围。
随着微机械加工工艺和测控技术的不断成熟，微光机电(Micro-optical-electro-mechanical Systems,MOEMS)陀螺仪的精度不断提高，与光纤陀螺和激光陀螺相比具有体积更小、质量更轻的优点；与MEMS惯性器件相比，其灵敏度高、无运动部件，抗电磁干扰能力强，可在一些恶劣环境下使用。如何结合各类振动陀螺的优势，研究影响陀螺精度的关键因素，实现精度高和微型化的兼顾，研制出高精度、微型化振动陀螺，对促进我国的国民经济和武器装备的发展，提高自主创新能力，具有重要的战略意义。
2015年雷龙海(文献：雷龙海.光学微环谐振腔应力调制研究[D].中北大学,2015.)研究的一类利用直波导和微环光学谐振腔耦合的新型力敏MOMES传感检测结构，但是其平面式的结构设计，如果运用在陀螺上灵敏度低。2018年加州理工学院Khial P P(文献，Khial P P,et.al.,Nanophotonic optical gyroscope with reciprocalsensitivity enhancement[J]，Nature Photonics,2018,12(11):671.)根据sagnac效应工作原理设计出全集成纳米光子光学陀螺，其面积仅占2mm2，但是这仅存于理论阶段，并且所需求的高精度高成本的仪器设备对我国民用领域是一个很大的考验。
发明内容
本发明在传统哥氏振动陀螺敏感角速率结构原理基础上，提出运用腔光机械技术实现振动陀螺的驱动与检测传感全光化方法，研究一种具备高灵敏度、高精度、高稳定性等性能的微型化的腔光机械振动陀螺。本发明的技术方案如下：
一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，包括：驱动微纳光纤(1)、驱动环形腔(2)、连接结构(3)、敏感环形腔(4)、支撑结构(5)、底座(6)及检测微纳光纤(7)，所述底座(6)上设置有支撑结构(5)，支撑结构(5)用于连接和支撑驱动环形腔(2)，所述驱动环形腔(2)和敏感环形腔(4)为立体双环谐振腔结构通过连接结构(3)相连接，且间距通过连接结构(3)可以调节，所述驱动微纳光纤(1)用于耦合驱动环形腔(2)，检测微纳光纤(7)用于耦合敏感环形腔(4)，驱动环形腔(2)为陀螺驱动振动结构，敏感环形腔(4)为陀螺敏感角速率振动结构。其中驱动光(泵浦激光)通过驱动微纳光纤(1)耦合进入驱动环形腔(2)，调节光源输出，其中满足谐振条件的光信号在驱动环形腔(2)中产生回音壁模式(WGM)谐振，驱动环形腔(2)的振动通过连接结构(3)传递到敏感环形腔(4)，在垂直于敏感环形腔(4)的Z轴方向输入待检测角速率WZ，敏感环形腔(4)在X方向产生哥式力作用，且在该力作用下产生X方向机械振动，敏感环形腔(4)的光耦合进入检测微纳光纤(7)，用于光检测。
进一步的，所述支撑结构(5)从力学稳定性考虑设计为三角型。
进一步的，所述驱动环形腔(2)和敏感环形腔(4)采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)生长SiN和SiO2材料并结合微纳加工技术来实现。
进一步的，驱动光(泵浦激光)通过驱动微纳光纤(1)耦合进入驱动环形腔(2)，调节光源输出，其中满足谐振条件的光信号在驱动环形腔(2)中产生WGM谐振，具体包括：首先，调整微纳光纤(1)与驱动环形腔(2)之间耦合距离实现最佳耦合；然后，泵浦激光通过驱动微纳光纤(1)倏逝场耦合进入驱动环形腔(2)内，且在驱动环形腔(2)内形成光学WGM谐振；最后，通过选择WGM谐振模式来激发驱动环形腔(2)不同的机械振动，实现驱动环形腔内的光机械力学效应，以满足新型光机械哥氏振动陀螺光驱动方式。
进一步的，通过调节驱动光输入波长激发驱动环形腔(2)内光机械效应，使驱动环形腔(2)出现在Y方向的机械谐振，即实现了振动陀螺的驱动模式且机械谐振频率为ωdy，
进一步的，所述连接结构(3)为SiN材料，作为机械传动结构，用于将驱动环形腔(2)的机械谐振传递到敏感环形腔(4)，这样敏感环形腔(4)在Y方向上产生与驱动环形腔(2)上相同频率ωdy的机械振动。
进一步的，当无外界角速率输入时，检测光通过检测微纳光纤(7)耦合进入敏感环形腔(4)内部，此时选择输入光频低于敏感环形腔(4)的腔谐振频率，此时敏感环形腔(4)的声子向检测光的光子发生能量转移，由此敏感检测光实现对敏感环形腔的“冷却”，敏感环形腔(4)具有相同频率的机械振动，这样导致检测光出现斯托克斯和反斯托克斯散射现象，会对敏感环形腔(4)内的检测光场进行调制，其检测光的调制量同样被反应到输出的光信息中。
进一步的，当外界角速率输入为Ω时，当沿着Z方向上外界输入角速率Ω时，则此时敏感环形腔(4)在X方向产生哥式力作用，且在该力作用下产生X方向机械振动，即为敏感环形腔(4)在X方向陀螺振动，其机械振动信息与外界输入角速率Ω成比例关系；通过对敏感环形腔X方向的哥氏振动检测即可获得角速率传感信息；当输入的角速率为Ω时，敏感环形腔(4)发生在X方向机械振动同样会引起对检测光场的调制，出现斯托克斯和反斯托克斯散射现象，该处出现的光调制为陀螺哥氏振动引起，同样反映到输出光信息中。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明在传统哥氏振动陀螺敏感角速率结构原理基础上，创新地设计了光激励谐振腔和分立双环的哥氏振动检测谐振腔，有望解决陀螺仪输出信噪比受机械增益影响的难题，这种自适应光机械振动理论上可以大幅提高驱动模块的长期稳定性，使得不同频率下的驱动光信号均可获得稳定的高灵敏度，让同时具备高精度和高带宽的惯性参量方式成为可能。提出运用腔光机械技术实现振动陀螺的驱动与检测传感全光化方法，解决长期困扰哥氏振动陀螺的精度低，噪声难以抑制问题，可极大减轻基于电子电路驱动的限制，改善器件的分辨率和灵敏度，有效抑制噪声，满足高灵敏度测量要求；也合理规避了传统光学陀螺的各种参数稳定性退化问题，并充分发挥了哥氏振动原理陀螺的结构简单，易于实现的原理性优势。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例锥形微纳光纤示意图，L1为锥形微纳光纤过渡区，L0为锥形光纤均匀区，为用于耦合驱动环形腔、敏感环形腔。
图2是陀螺的驱动与检测的核心结构双环立体谐振腔结构原理图。
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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种新型腔光机械振动陀螺核心结构，包括：驱动微纳光纤1、驱动环形腔2、连接结构3、敏感环形腔4、支撑结构5、底座6及检测微纳光纤7，所述底座6上设置有支撑结构5，支撑结构5用于连接和支撑驱动环形腔2，所述驱动环形腔2和敏感环形腔4为立体双环谐振腔结构通过连接结构3相连接，且间距通过连接结构3可以调节，所述驱动微纳光纤1用于耦合驱动环形腔2，检测微纳光纤7用于耦合敏感环形腔4，驱动环形腔2为陀螺驱动振动结构，敏感环形腔4为陀螺敏感角速率振动结构。以微尺度固态振动陀螺为核心，构筑双环形谐振腔结构，并融入微纳光纤耦合结构，完成腔光机械陀螺的驱动与检测。其中，双环形立体谐振腔，连接结构连接驱动环形腔与敏感环形腔，用于把驱动环的振动传递给敏感环、支撑结构和底座用于支撑双环的立体结构；光通过微纳光纤耦合进入驱动环形腔，调谐光源使驱动环形腔中产生光学回音壁模式谐振。
一种腔光机械振动陀螺驱动方法，包括：
驱动光通过微纳光纤耦合进入驱动环形腔内形成谐振，不同于所有现行的光/电/磁的单一驱动方式，是一种腔内光子与声子在特定条件下的能量互作用，从原理上进行建模计算，并结合所设计结构制定精准的激励条件。通过适合的光学模型来激发所设计环形腔的机械谐振模式，获取预期的谐振效应，实现光机械哥氏振动陀螺的驱动。
一种腔光机械振动陀螺检测方法，包括：
经过驱动光激励的振动环为哥氏振动向敏感环传导提供了基础，但与驱动激励不同，在检测环路中，将外界角速率信息通过哥氏机械振动传递出来并实现检测，需要分析并找出腔内机械振动中的调制信息，并结合输入角速率与哥氏振动之间的关系，才能实现外界输入角速率的解算。
具体实施方式一：一种新型腔光机械振动陀螺的谐振结构设计。
本发明采用独特的双环形谐振腔结构作为新型腔光机械哥氏振动陀螺的核心结构，如图(2)，其为一体化结构，实验中采用微纳加工技术制备完成。结构包括：底座起到主体支撑作用；支撑结构起到支撑驱动环形腔作用；(c)连接结构起到连接和支撑敏感环形腔作用；(d)驱动环形腔为陀螺驱动振动结构；(e)敏感环形腔为陀螺敏感角速率振动结构；由此，底座、支撑结构、连接结构、驱动环形腔以及敏感环形腔连接且形成一体化整体结构，最终通过底座被固定到基底材料上面。其中，驱动环形腔以及敏感环形腔为立体空间结构且距离通过连接结构可以调节。
具体实施方式二：一种新型腔光机械振动陀螺的驱动原理与检测方法。
进一步，采用微纳光纤解决光与环形谐振腔结构耦合问题，如图2所示，并完成腔光机械振动陀螺的驱动与检测。
光驱动：光机械效应为腔内声子-光子之间相互耦合，根据驱动环形腔谐振频率，选择驱动光(泵浦激光)波长“蓝失谐”，实现光子能量向声子转移，从实现机械振动声子的受激放大，类似于斯托克斯受激光散射过程。首先，调整微纳光纤与驱动环之间耦合距离实现最佳耦合；然后，泵浦激光通过微纳光纤倏逝场耦合进入驱动环形腔内，且在该腔内形成光学WGM谐振；最后，通过选择WGM谐振模式来激发驱动环形腔不同的机械振动，实现驱动环形腔内的光机械力学效应，以满足新型光机械哥氏振动陀螺光驱动方式。
光检测：图2说明了陀螺中哥氏振动检测原理，利用微纳光纤耦合敏感环形谐振腔且在腔内形成WGM谐振，同样利用微纳光纤传输谐振腔内的光学模式以及机械谐振信息。选择敏感光(泵浦激光)波长“红失谐”，实现声子能量向光子转移，实现制冷，进一步降低敏感环形腔内布朗热噪声等干扰。
首先，采用独特的双环形谐振腔结构，用驱动光通过微纳光纤耦合进驱动环形谐振腔内，且形成WGM谐振，通过调节驱动光输入波长激发驱动环形腔内光机械效应，使其出现在Y方向的机械谐振，即实现了振动陀螺的驱动模式且机械谐振频率为ωdy，图2所示；
进一步，连接结构也为机械传动结构，将驱动环形腔的机械谐振传递到敏感环形腔，这样敏感环形腔在Y方向上产生与驱动环形腔上相同频率ωdy的机械振动；分两种情况考虑：
情况一：无外界角速率输入
当检测光通过微纳光纤耦合进入敏感环形腔内部，此时选择输入光频低于环形腔的腔谐振频率，此时环形谐振腔的声子向检测光的光子发生能量转移，由此敏感检测光实现对敏感环形腔的“冷却”，降低了敏感环形腔自身的热布朗运动，即降低了噪声干扰，提高检测精度。此时，敏感环形腔具有相同频率的机械振动，这样导致检测光出现斯托克斯和反斯托克斯散射现象，会对环形腔内的检测光场进行调制，其检测光的调制量同样被反应到输出的光信息中；
情况二：当外界角速率输入为Ω
由于敏感环形腔在Y方向具有与驱动环形腔相同频率的振动，图2，当沿着Z方向上外界输入角速率Ω时，则此时敏感环形腔在X方向产生哥式力作用，且在该力作用下产生X方向机械振动，图2，即为敏感环形腔在X方向陀螺振动，其机械振动信息与外界输入角速率Ω成比例关系；这样通过对敏感环形腔X方向的哥氏振动检测即可获得角速率传感信息。
当输入的角速率为Ω时，敏感环形腔发生在X方向机械振动同样会引起对检测光场的调制，出现斯托克斯和反斯托克斯散射现象，该处出现的光调制为陀螺哥氏振动引起，同样反映到输出光信息中。
综合，当角速率Ω输入时，上述两种情况同时出现，此时，微纳光纤耦合进敏感环形腔的检测光被两种机械振动调制：其一，Y方向上，驱动环形腔传递到敏感环形腔的机械振动对检测光调制；其二，X方向上，哥氏力引起敏感环形腔的哥氏机械振动对检测光调制；通过解调这两种机械振动对检测的调制信息，从而获得哥氏振动对检测光的调制量，进一步，利用外界输入角速率Ω与哥氏振动之间的关系，解算出角速率Ω的大小。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，包括：驱动微纳光纤(1)、驱动环形腔(2)、连接结构(3)、敏感环形腔(4)、支撑结构(5)、底座(6)及检测微纳光纤(7)，所述底座(6)上设置有支撑结构(5)，支撑结构(5)用于连接和支撑驱动环形腔(2)，所述驱动环形腔(2)和敏感环形腔(4)为立体双环谐振腔结构通过连接结构(3)相连接，且间距通过连接结构(3)可以调节，所述驱动微纳光纤(1)用于耦合驱动环形腔(2)，检测微纳光纤(7)用于耦合敏感环形腔(4)，驱动环形腔(2)为陀螺驱动振动结构，敏感环形腔(4)为陀螺敏感角速率振动结构。其中驱动光(泵浦激光)通过驱动微纳光纤(1)耦合进入驱动环形腔(2)，调节光源输出，其中满足谐振条件的光信号在驱动环形腔(2)中产生回音壁模式(WGM)谐振，驱动环形腔(2)的振动通过连接结构(3)传递到敏感环形腔(4)，在垂直于敏感环形腔(4)的Z轴方向输入待检测角速率ΩZ，敏感环形腔(4)在X方向产生哥式力作用，且在该力作用下产生X方向机械振动，敏感环形腔(4)的光耦合进入检测微纳光纤(7)，用于光检测。
2.根据权利要求1所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，所述支撑结构(5)从力学稳定性能考虑设计为三角型。
3.根据权利要求1所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，所述驱动环形腔(2)和敏感环形腔(4)采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)生长SiN和SiO2材料并结合微纳加工技术来实现。
4.根据权利要求1所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，所述驱动光(泵浦激光)通过驱动微纳光纤(1)耦合进入驱动环形腔(2)，调节光源输出，其中满足谐振条件的光信号在驱动环形腔(2)中产生WGM谐振，具体包括：首先，调整微纳光纤(1)与驱动环形腔(2)之间耦合距离实现最佳耦合；然后，泵浦激光通过驱动微纳光纤(1)倏逝场耦合进入驱动环形腔(2)内，且在驱动环形腔(2)内形成光学WGM谐振；最后，通过选择WGM谐振模式来激发驱动环形腔(2)不同的机械振动，实现驱动环形腔内的光机械力学效应，以满足新型光机械哥氏振动陀螺光驱动方式。
5.根据权利要求1所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，通过调节驱动光输入波长激发驱动环形腔(2)内光机械效应，使驱动环形腔(2)出现在Y方向的机械谐振，即实现了振动陀螺的驱动模式且机械谐振频率为ωdy。
6.根据权利要求1所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，所述连接结构(3)为SiN材料，作为机械传动结构，用于将驱动环形腔(2)的机械谐振传递到敏感环形腔(4)，这样敏感环形腔(4)在Y方向上产生与驱动环形腔(2)上相同频率ωdy的机械振动。
7.根据权利要求1所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，当无外界角速率输入时，检测光通过检测微纳光纤(7)耦合进入敏感环形腔(4)内部，此时选择输入光频低于敏感环形腔(4)的腔谐振频率，此时敏感环形腔(4)的声子向检测光的光子发生能量转移，由此敏感检测光实现对敏感环形腔的“冷却”，敏感环形腔(4)具有相同频率的机械振动，这样导致检测光出现斯托克斯和反斯托克斯散射现象，会对敏感环形腔(4)内的检测光场进行调制，其检测光的调制量同样被反应到输出的光信息中。
8.根据权利要求7所述的一种腔光机械振动陀螺，其特征在于，当外界角速率输入为Ω时，当沿着Z方向上外界输入角速率Ω时，则此时敏感环形腔(4)在X方向产生哥式力作用，且在该力作用下产生X方向机械振动，即为敏感环形腔(4)在X方向陀螺振动，其机械振动信息与外界输入角速率Ω成比例关系；通过对敏感环形腔X方向的哥氏振动检测即可获得角速率传感信息；当输入的角速率为Ω时，敏感环形腔(4)发生在X方向机械振动同样会引起对检测光场的调制，出现斯托克斯和反斯托克斯散射现象，该处出现的光调制为陀螺哥氏振动引起，同样反映到输出光信息中。
CN201911303089.8A 2019-12-17 2019-12-17 一种腔光机械振动陀螺 Active CN110967001B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911303089.8A CN110967001B (zh) 2019-12-17 2019-12-17 一种腔光机械振动陀螺
PCT/CN2020/117667 WO2021120768A1 (zh) 2019-12-17 2020-09-25 一种腔光机械振动陀螺
US17/272,944 US11415417B2 (en) 2019-12-17 2020-09-25 Cavity optomechanical vibratory gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911303089.8A CN110967001B (zh) 2019-12-17 2019-12-17 一种腔光机械振动陀螺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110967001A true CN110967001A (zh) 2020-04-07
CN110967001B CN110967001B (zh) 2023-09-26

Family

ID=70035010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911303089.8A Active CN110967001B (zh) 2019-12-17 2019-12-17 一种腔光机械振动陀螺

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11415417B2 (zh)
CN (1) CN110967001B (zh)
WO (1) WO2021120768A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021120768A1 (zh) * 2019-12-17 2021-06-24 重庆邮电大学 一种腔光机械振动陀螺
CN113252085A (zh) * 2021-06-30 2021-08-13 中国人民解放军国防科技大学 含非线性机械振子的光机械微腔结构、测量***及方法
CN113465515A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 中国人民解放军国防科技大学 全光集成且含非线性机械振子的光机械微腔结构
CN113483746A (zh) * 2021-07-29 2021-10-08 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种陀螺多维噪声抑制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115638780B (zh) * 2022-12-23 2023-03-14 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种谐振陀螺振动位移提取方法、控制***及谐振陀螺
CN116086496B (zh) * 2023-03-31 2023-06-20 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种用于提高集成光纤陀螺灵敏度的方法及***
CN117128945B (zh) * 2023-10-20 2023-12-26 中北大学 一种基于奇异面的超灵敏角速度传感器及测量方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101706280A (zh) * 2009-11-27 2010-05-12 北京航空航天大学 一种用于受激布里渊光纤陀螺的光路结构
CN102854331A (zh) * 2012-09-12 2013-01-02 重庆邮电大学 一种光机电振动角速率传感器
CN103389084A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 哈尔滨工程大学 基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺
CN103411596A (zh) * 2013-08-26 2013-11-27 重庆邮电大学 光子自旋角速率传感器及***
EP2685213A2 (en) * 2012-07-10 2014-01-15 Honeywell International Inc. Narrow bandwidth reflectors for reducing stimulated brillouin scattering in an optical cavity
US20140320863A1 (en) * 2013-04-27 2014-10-30 Magiq Technologies, Inc System and method for increasing sensitivity of optical sensors
CN105067041A (zh) * 2015-08-19 2015-11-18 华东交通大学 接触网状态监测装置及其控制方法
CN107869987A (zh) * 2017-11-07 2018-04-03 北京航空航天大学 一种基于谐振模式展宽的光学陀螺谐振腔结构
CN109323690A (zh) * 2018-10-31 2019-02-12 浙江大学 一种保偏全互易双向光载微波谐振***及其检测角速度的方法
CN109631872A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 中国科学技术大学 一种基于瓶状微型谐振腔的谐振式光学陀螺
CN109990975A (zh) * 2019-04-10 2019-07-09 暨南大学 基于光学微腔机械模式的检测***、调试***及传感器
CN110440897A (zh) * 2019-07-11 2019-11-12 南京邮电大学 回音壁微腔声学传感器及其双环谐振腔的制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2237638B (en) 1989-07-07 1994-02-16 Douglas Frank George Dwyer An improved fluid rate sensor
US6603558B2 (en) * 2001-07-25 2003-08-05 University Of Delaware Micro-ring cavity gyroscope with magnetic field lock-in minimization
US20190245318A1 (en) * 2004-10-29 2019-08-08 Ronald LaComb Concentric Cylindrical Circumferential Laser
CN101858745B (zh) 2010-06-21 2011-08-31 中北大学 基于环形谐振腔的全固态微光机电陀螺
CN103884327B (zh) 2014-04-09 2016-08-17 北京航空航天大学 一种基于光学回音壁式谐振腔模式劈裂的角速率测量方法
US9733084B2 (en) * 2015-09-09 2017-08-15 Honeywell International Inc. Single pump cascaded stimulated Brillouin scattering (SBS) ring laser gyro
JP2020513716A (ja) * 2016-11-10 2020-05-14 コプシス・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータＱＯｐＳｙＳ Ｓ．ｒ．ｌ． フォトニック共振モータ
US11658453B2 (en) * 2018-01-29 2023-05-23 Ronald LaComb Concentric cylindrical circumferential laser
CN108955664B (zh) 2018-07-23 2020-07-14 东南大学 一种基于光学微腔的全解耦环形微陀螺仪及其加工方法
US11237343B2 (en) * 2018-12-07 2022-02-01 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Volumetric optical integrated circuits
GB2580116B (en) * 2018-12-21 2023-07-19 Atlantic Inertial Systems Ltd Gyroscope
US10823571B1 (en) * 2019-07-31 2020-11-03 Honeywell International Inc. Switching SBS gyro with fixed pump separation
CN110967001B (zh) 2019-12-17 2023-09-26 重庆邮电大学 一种腔光机械振动陀螺

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101706280A (zh) * 2009-11-27 2010-05-12 北京航空航天大学 一种用于受激布里渊光纤陀螺的光路结构
EP2685213A2 (en) * 2012-07-10 2014-01-15 Honeywell International Inc. Narrow bandwidth reflectors for reducing stimulated brillouin scattering in an optical cavity
CN102854331A (zh) * 2012-09-12 2013-01-02 重庆邮电大学 一种光机电振动角速率传感器
US20140320863A1 (en) * 2013-04-27 2014-10-30 Magiq Technologies, Inc System and method for increasing sensitivity of optical sensors
CN103389084A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 哈尔滨工程大学 基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺
CN103411596A (zh) * 2013-08-26 2013-11-27 重庆邮电大学 光子自旋角速率传感器及***
CN105067041A (zh) * 2015-08-19 2015-11-18 华东交通大学 接触网状态监测装置及其控制方法
CN107869987A (zh) * 2017-11-07 2018-04-03 北京航空航天大学 一种基于谐振模式展宽的光学陀螺谐振腔结构
CN109323690A (zh) * 2018-10-31 2019-02-12 浙江大学 一种保偏全互易双向光载微波谐振***及其检测角速度的方法
CN109631872A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 中国科学技术大学 一种基于瓶状微型谐振腔的谐振式光学陀螺
CN109990975A (zh) * 2019-04-10 2019-07-09 暨南大学 基于光学微腔机械模式的检测***、调试***及传感器
CN110440897A (zh) * 2019-07-11 2019-11-12 南京邮电大学 回音壁微腔声学传感器及其双环谐振腔的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘宇, 等: "一种用于振动陀螺零偏抑制的复合融合算法", 中国惯性技术学报, vol. 26, no. 5, pages 675 - 679 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021120768A1 (zh) * 2019-12-17 2021-06-24 重庆邮电大学 一种腔光机械振动陀螺
US11415417B2 (en) 2019-12-17 2022-08-16 Chongqing University Of Posts And Telecommunications Cavity optomechanical vibratory gyroscope
CN113252085A (zh) * 2021-06-30 2021-08-13 中国人民解放军国防科技大学 含非线性机械振子的光机械微腔结构、测量***及方法
CN113465515A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 中国人民解放军国防科技大学 全光集成且含非线性机械振子的光机械微腔结构
CN113465515B (zh) * 2021-06-30 2022-02-08 中国人民解放军国防科技大学 全光集成且含非线性机械振子的光机械微腔结构
CN113483746A (zh) * 2021-07-29 2021-10-08 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种陀螺多维噪声抑制方法
CN113483746B (zh) * 2021-07-29 2022-07-26 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种陀螺多维噪声抑制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220113135A1 (en) 2022-04-14
US11415417B2 (en) 2022-08-16
WO2021120768A1 (zh) 2021-06-24
CN110967001B (zh) 2023-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110967001B (zh) 一种腔光机械振动陀螺
US9389079B2 (en) Optomechanical disk vibratory gyroscopes
US10254304B2 (en) Opto-mechanical physical sensor with an improved sensitivity
US8885170B2 (en) Gyroscope utilizing torsional springs and optical sensing
CN100590383C (zh) 一种谐振式微机械陀螺
US7696749B2 (en) Resonator-based magnetic field sensor
CN101858745B (zh) 基于环形谐振腔的全固态微光机电陀螺
WO2000071981A1 (en) Micromachined displacement sensors and actuators
US20200173780A1 (en) Gyroscope, methods of forming and operating the same
US7746475B2 (en) Microgyroscope
CN101793520B (zh) 基于光学微腔的集成光波导陀螺
Qiang et al. A novel high-sensitivity butterfly gyroscope driven by horizontal driving force
KR101682993B1 (ko) 집적 실리콘 광기계 자이로스코프
Enoksson et al. Vibration modes of a resonant silicon tube density sensor
CN114199222B (zh) 一种有源谐振光纤陀螺
Flores et al. Velocity random walk and dynamic range of laser-driven precision optomechanical inertial accelerometers
CN110260851B (zh) 一种基于双亚波长光栅腔检测的光力学微机械陀螺
Bhat et al. Optomechanical sensing of wine-glass modes of a BAW resonator
CN115962765A (zh) 一种新型腔光机械式微半球陀螺仪
Gu et al. Study of double-ring slow-light gyroscope with two input–output waveguides
Natale et al. Preliminary assessment of the new routes towards a navigation grade photonic chip-scale gyroscope
Lai et al. Measurement of the Earth's Rotation Using a Chip-Based Brillouin Laser Gyroscope
Zhilong et al. Research on dynamic development of vibrating gyroscope based on coriolis effect
Kilic et al. Optomechanical fiber gyroscope
CN117948958A (zh) 基于噪声压缩效应的高精度微陀螺仪及工作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant