闭环原子惯性传感器制造技术

本发明专利技术涉及闭环原子惯性传感器。提供一种用于惯性感测的装置。该装置包括至少一个原子惯性传感器，以及可操作地耦合至原子惯性传感器的一个或多个微机电系统（MEMS）惯性传感器。原子惯性传感器和MEMS惯性传感器可操作地在闭反馈环中彼此通信。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及闭环原子惯性传感器。提供一种用于惯性感测的装置。该装置包括至少一个原子惯性传感器，以及可操作地耦合至原子惯性传感器的一个或多个微机电系统（MEMS）惯性传感器。原子惯性传感器和MEMS惯性传感器可操作地在闭反馈环中彼此通信。【专利说明】闭环原子惯性传感器本申请要求2012年6月27日提交的美国临时申请号61/665，061的优先权权益，通过引用将其合并。
本专利技术涉及闭环原子惯性传感器。
技术介绍
基于原子干涉度量法(atom interferometry)的惯性传感器类使用光的脉冲来分开并且之后重组来自冷热或量子简并原子(cold thermal or quantum degenerate atom)(波色-爱因斯坦凝聚)的样本的一个或多个量子波函数(quantum wavefunction)。在分开时，分离部分的相位独立地演化，这允许由于加速和/或旋转的存在所致的相位差的累积。当重组时，通过每个原子的最终量子动量态(quantum momentum state)或内态(internalstate)或作为整体的量子简并原子云的改变来表明该相位差。例如，一个传感器方案导致原子的两个内态的相对布居(relative population)的改变。这些布居可以通过例如原子上闪烁的谐振光(resonant light)并且检测散射的荧光来检测。两个内态的相对布居作为惯性力引起的相位差的函数而正弦地变化。通过获取两个不同相位处的布居测量来近似相对布居关于相位差的导数(derivative)。在相对布居正弦波中的峰处，导数曲线过零。在导数过零的附近，相位的小改变将引起导数信号的大改变。然而，在导数的峰附近，相位的小改变将仅引起导数信号的非常小的改变。因此希望在导数信号的过零或零点(null point)附近操作原子惯性传感器，其中灵敏度是最大化的。为了最大化灵敏度，存在在零点附近操作的传感器的很多示例。在零点附近维持操作的一个常用技术是提供闭环反馈。在该技术中，将传感器输出与零或某些其他希望的操作点进行比较。开环输出与设置点(setpoint)之间的差是误差信号。将该误差信号反馈给传感器上迫使传感器将其输出改变得更接近设置点的机构。
技术实现思路
提供一种用于惯性感测的装置。该装置包括至少一个原子惯性传感器，以及可操作地耦合至原子惯性传感器的一个或多个微机电系统(MEMS)惯性传感器。原子惯性传感器和MEMS惯性传感器可操作地在闭反馈环中彼此通信。【专利附图】【附图说明】应理解附图仅描绘示例性实施例并且因此不被认为是对范围的限制，将通过使用附图利用附加特性和细节来描述示例性实施例，在附图中: 图1是示出了在根据一个实施例的闭环原子惯性传感器中的原子的基态(groundstate)和激发态(excited state)的不意图； 图2是提供根据一个实施例的原子惯性传感器的闭环控制的用于惯性感测的装置的框图；以及 图3是示出了根据另一个实施例的闭环原子惯性传感器中的干涉仪轨迹(interferometer trajectory)的不意图。【具体实施方式】 在以下详细描述中，参考形成其部分的附图，并且其中通过举例的方式示出具体示范示例。应该理解，可以利用其他实施例，并且可以进行逻辑、机械和电气改变。而且，在附图中和说明书中呈现的方法不应被认为限制了可以执行单独步骤的顺序。因此，以下详细描述不应在限制意义上领会。提供一种闭环原子惯性传感器。将反馈技术应用于原子惯性传感器以增强传感器灵敏度。在一种方法中，在闭环反馈控制中采用相移以改进原子惯性传感器的灵敏度。在一个示例中，通过使用锁定到主激光器(master laser)的锁定电路来改变最终重组和读出光脉冲的相对相位。主激光器提供稳定的参考频率。其他频率相对于主激光器改变了某些可变偏移。改变从激光器的光学相位，直至发现所有原子处于基态。如果调谐检测器以检测相对于激发态布居的相位的导数，则这产生零位信号(null signal)。为了维持零必须调谐的光学相位的量被用作输出信号，其可以与增值旋转(delta rotation)或增值速率(delta velocity)的测量相关。在一个实施例中，来自MEMS振动传感器的直接输入用于使原子干涉仪的相位读出归零(nul I),这使能了闭环操作。可以实现若干物理机制用于向原子惯性传感器提供反馈。在一个实施例中，可以向干涉仪的一个臂(arm)施加外部场，导致对两个干涉仪臂的相对相位的控制。在另一实施例中，可以施加场梯度，该梯度提供干涉仪两个臂之间的差别场(field differential)。在其他实施例中，采用一个或多个光脉冲的相移，该相移用于重组和读出一个或多个原子波函数的相位。图1是示出了在根据一个实施例的闭环原子惯性传感器100中的原子的基态和激发态的示意图，该实施例使用三个激光束脉冲。以下等式描述了原子惯性传感器100的操作:【权利要求】1.一种用于惯性感测的装置，该装置包括: 至少一个原子惯性传感器；以及 可操作地耦合至原子惯性传感器的一个或多个微机电系统(MEMS)惯性传感器； 其中原子惯性传感器和MEMS惯性传感器可操作地在闭反馈环中彼此通信。2.根据权利要求1所述的装置，还包括: 与原子惯性传感器光学通信的多个激光设备，其中激光设备包括: 发射第一束和第二束的主激光器； 发射第一束和第二束的第一从激光器；以及 发射第一束和第二束的第二从激光器； 一个或多个光学部件，该一个或多个光学部件对来自主激光器的第一束和来自第一从激光器的第一束定向以彼此干涉并且在第一光电检测器处生成第一射频信号； 一个或多个光学部件，该一个或多个光学部件对来自主激光器的第二束和来自第二从激光器的第一束定向以彼此干涉并且在第二光电检测器处生成第二射频信号； 校准单元，该校准单元基于对来自原子惯性传感器的原子数据的比较来针对MEMS偏差和标度因子误差进行修正，其中校准单元`将从MEMS陀螺仪接收的旋转速率信号转换为第一频率偏移，并且将从MEMS加速度计接收的加速度信号转换为第二频率偏移； 扫频生成器，其从校准单元接第一和第二频率偏移； 第一混频器，其从扫频生成器接收第一扫频信号并且从第一光电检测器接收第一射频信号，其中第一混频器将第一扫频信号与第一射频信号进行比较并且生成被发送到第一低通滤波器的频率偏移锁定信号，其中第一低通滤波器向第一从激光器发送经滤波的信号以调整其频率，使得由第一从激光器发射的第二束处于调整的频率并且被定向到原子惯性传感器的第一输入；以及 第二混频器，其从扫频生成器接收第二扫频信号并且从第二光电检测器接收第二射频信号，其中第二混频器将第二扫频信号与第二射频信号进行比较并且生成被发送到第二低通滤波器的频率偏移锁定信号，其中第二低通滤波器向第二从激光器发送经滤波的信号以调整其频率，使得由第二从激光器发射的第二束处于调整的频率并且被定向到原子惯性传感器的第二输入。3.一种用于惯性感测的方法，该方法包括: 提供一种惯性感测装置，该装置包括: 至少一个原子惯性传感器；以及 可操作地与原子惯性传感器通信的多个微机电系统(MEMS)惯性传感器，MEMS惯性传感器包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于惯性感测的装置,该装置包括:至少一个原子惯性传感器;以及可操作地耦合至原子惯性传感器的一个或多个微机电系统（MEMS）惯性传感器;其中原子惯性传感器和MEMS惯性传感器可操作地在闭反馈环中彼此通信。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JS斯特拉布利，K萨利特，MK萨利特，KD纳尔逊，R坎普顿，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：