CN111796117A - 用于基于调制光信号来确定加速度的加速度计 - Google Patents

用于基于调制光信号来确定加速度的加速度计 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于基于调制光信号来确定加速度的加速度计”。本公开涉及用于使用电光机械加速度计系统来确定频率值以便确定加速度值的装置、系统和技术。例如，加速度计系统包括被构造成发射光信号的发光装置和电路。该电路被构造成：使用调制装置来调制光信号以产生调制光信号；使用光接收器来接收调制光信号；使用光接收器来将调制光信号转换为电信号；处理电信号以获得经处理的电信号；并且将经处理的电信号发送到调制装置，其中调制装置被构造成基于经处理的电信号调制光信号。另外，电路被构造成基于经处理的电信号来确定频率值。

Description

用于基于调制光信号来确定加速度的加速度计
技术领域
本公开涉及加速度计。
背景技术
惯性制导系统使用导航级加速度计，诸如共振梁加速度计(RBA)。RBA通过检测质量块锚梁的振动模式的应力引起的频率偏移来感测加速度。该梁可采取双音叉(DETF)结构的形式。
发明内容
一般来讲，本公开涉及用于确定物体的加速度的装置、系统和技术。更具体地，本公开描述了用于使用包括检测质量块的加速度计系统来确定物体的加速度的技术，其中该检测质量块通过被构造成承载光信号的一个或多个双音叉(DETF)结构来悬置在结构(例如，框架)内。加速度计系统可被构造成测量与该DETF结构相关联的频率，并且基于该频率来确定加速度。例如，随着物体加速，检测质量块相对于框架发生位移，从而导致与DETF结构相关联的频率偏移。基于该频率偏移，加速度计系统确定物体的加速度。在一些示例中，加速度计系统可跟踪物体在一个时间段内的加速度，使得处理电路能够分析随时间推移的加速度，以便确定物体在一个时间段内的位置。
在一些示例中，加速度计系统包括被构造成发射光信号的发光装置和电路。该电路被构造成：使用调制装置来调制光信号以产生调制光信号；使用光接收器来接收该调制光信号；使用光接收器来将该调制光信号转换为电信号；处理该电信号以获得经处理的电信号；将该经处理的电信号发送到调制装置，其中该调制装置被构造成基于该经处理的电信号调制光信号；并且基于该经处理的电信号来确定频率值。
在一些示例中，方法包括：使用发光装置发射光信号；使用电路的调制装置来调制光信号以产生调制光信号；使用电路的光接收器来接收调制光信号；使用光接收器将调制光信号转换为电信号；处理电信号以获得经处理的电信号；将经处理的电信号发送到调制装置，其中该调制装置被构造成基于经处理的电信号来调制光信号；并且基于该经处理的电信号来确定频率值。
在一些示例中，电路被构造成：使用调制装置接收来自发光装置的光信号；使用调制装置来调制该光信号以产生调制光信号；使用光接收器来接收该调制光信号；使用光接收器来将该调制光信号转换为电信号；处理该电信号以获得经处理的电信号；将该经处理的电信号发送到调制装置，其中该调制装置被构造成基于经处理的电信号来调制光信号；并且基于该经处理的电信号来确定频率值。
本发明内容旨在提供本公开中描述的主题的概述。不旨在提供以下附图和说明书中详细描述的系统、装置和方法的排他性或详尽的说明。本公开的一个或多个示例的另外的细节在以下附图和说明书中阐述。其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的电光机械加速度计系统的框图。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的电路的框图。
图3示出了根据本公开的一种或多种技术的包括通过第一双音叉(DETF)结构、第二DETF结构和一组拴系件来悬置在框架内的检测质量块的图1的检测质量块组件的概念图。
图4示出了根据本公开的一种或多种技术的图1的加速度计系统的概念图。
图5示出了根据本公开的一种或多种技术的图1的加速度计系统的附加方面。
图6是示出根据本公开的一种或多种技术的用于使用正反馈回路来确定频率值的示例性操作的流程图。
图7是示出根据本公开的一种或多种技术的用于处理电信号的示例性操作的流程图。
图8是示出根据本公开的一种或多种技术的用于基于由图1的加速度计系统测量的频率值来计算加速度值的示例性操作的流程图。
类似的参考字符在整个说明书和附图中表示类似的元件。
具体实施方式
本公开描述了用于使用加速度计系统来确定物体的加速度的装置、系统和技术。例如，加速度计系统可以为电光机械加速度计系统，该电光机械加速度计系统被构造成精确测量非常高的加速度值(例如，高达500,000米每二次方秒(m/s2))。电光机械加速度计系统使用电信号、光信号和机械信号的组合来确定物体的加速度。
在一些情况下，该加速度计系统被构造成实时地或近似实时地测量物体的加速度，使得处理电路可分析物体在一个时间段内的加速度，以确定该物体在该时间段期间的位置位移。例如，加速度计系统可以为惯性导航系统(INS)的一部分，该惯性导航系统用于至少部分地基于物体的加速度来跟踪该物体的位置。另外，加速度计系统可定位于物体上或物体内，使得该加速度计系统与物体一起加速。因此，当物体加速时，该加速度计系统(包括质量检测块)与物体一起加速。由于随时间推移的加速度为随时间推移的速度的导数，并且随时间推移的速度为随时间推移的位置的导数，因此在一些情况下，处理电路可被构造成通过在一个时间段内执行物体的加速度的二重积分来确定物体的位置位移。使用定位在物体上的加速度计系统而不使用与物体分离的导航系统(例如，全球定位系统(GPS))来确定物体的位置可被称为“航位推测”。
为了使用INS更准确地跟踪物体的位置，提高由加速度计系统确定的加速度值的质量可能是有益的。例如，在加速度计系统中实现高水平的灵敏度以便提高加速度值的准确性可能是有益的。高灵敏度可使得加速度计系统能够检测到非常小的加速度值、检测到加速度值的非常小的变化、检测到大范围的加速度值，或它们的任何组合。另外，在物体经历高水平加速度时准确地确定物体的加速度可能是有益的。这样，在物体的加速度的量值非常高时，加速度计系统可使得INS能够准确地跟踪物体的位置。
在一些示例中，加速度计系统可包括具有发光装置、电路和检测质量块组件的微电子机械系统(MEMS)加速度计，该检测质量块组件包括通过双音叉(DETF)结构悬置在框架内检测质量块。该DETF结构可被构造成承载光信号。另外，光信号可在该DETF结构中引起机械振动。在一些情况下，加速度导致检测质量块相对于框架发生位移，该位移影响对应于DETF结构的机械振动频率(机械共振频率)。这样，在加速度和DETF结构的机械振动频率之间可存在数学关系。因此，可利用该数学关系来确定加速度。在一些示例中，加速度计系统使用光信号和电信号的组合来测量对应于DETF结构的机械振动频率，并且基于该机械振动频率来计算加速度。
例如，电路被构造成使用电光调制器(EOM)来调制由发光装置发射的光信号。调制光信号通过检测质量块组件的DETF结构传播，从而在DETF结构中引起机械振动。另外，该机械振动还调制该调制光信号，使得在该调制光信号穿过DETF结构之后，该DETF结构的机械振动频率被反射在该调制光信号中。该调制光信号到达光接收器，该光接收器将调制光信号转换为电信号。另外，在产生电信号时，光接收器可保留调制光信号的属性(例如，保持DETF结构的机械振动频率)。这样，电路可处理电信号并分析经处理的电信号以确定DETF结构的机械振动频率。基于该机械振动频率，处理电路可确定承载加速度计系统的物体的加速度。
在一些示例中，检测质量块组件还包括有助于悬置检测质量块的一个或多个拴系件。例如，检测质量块可通过DETF结构以第一方向悬置在框架内。另外，检测质量块可通过一个或多个拴系件以第二方向和第三方向悬置。在一些情况下，一个或多个拴系件防止检测质量块以第二方向和第三方向位移，但DETF结构允许检测质量块以第一方向位移。第一方向、第二方向和第三方向可表示三维笛卡尔空间的三个轴线(例如，x轴线、y轴线和z轴线)。这样，在一些情况下，检测质量块组件可仅允许检测质量块沿单个检测质量块位移轴线位移，从而使得加速度计系统能够测量相对于检测质量块位移轴线的加速度。在一些情况下，为了获得相对于所有三个笛卡尔轴线的加速度，实施了三个加速度计系统，使得相应加速度计系统的检测质量块位移轴线对准以形成笛卡尔空间的x轴线、y轴线和z轴线。
加速度计系统可采用正反馈回路以简化测量物体加速度的方式。例如，电路可将经处理的电信号引导到EOM，该EOM基于该经处理的电信号来调制由发光装置发射的光信号。这样，输入检测质量块组件的光信号至少部分地取决于从检测质量块组件输出到电路的光信号。通过使用正反馈回路，加速度计系统可提高电路计算加速度的效率(例如，减少计算加速度所需的步骤数)。例如，为了计算加速度值，处理电路可从DETF结构的机械振动频率中减去基线频率值以获得频率差值。在一些情况下，基线频率值可表示当检测质量块未沿检测质量块位移轴线位移时(即，加速度为0m/s2)DETF结构的机械振动频率。在一些示例中，频率差值与加速度相关，使得处理电路能够使用该相关性基于频率差值来确定加速度。因此，正反馈回路可确保需要少量计算步骤来确定加速度。
如上所述，可期望加速度计系统实现高水平的灵敏度，以便提高由加速度计系统测量的加速度值的质量。在一些情况下，一组参数可影响加速度计系统的灵敏度。在一些示例中，该组参数可包括包封发光装置、电路和检测质量块组件的外壳内的压力，该外壳内的气体组分，以及由发光装置发射的光信号的功率。例如，为了确保悬置检测质量块的DETF结构具有高机械品质因数(例如，在振荡期间不易衰减)，从而提高加速度计系统的灵敏度，外壳内的低压力(例如，真空或近似真空)可能是有益的。换句话讲，加速度计系统的灵敏度可随着外壳内的压力减小而提高。另外，增大光信号的功率可使得加速度计系统的灵敏度同样提高。
在一些示例中，在外壳内的压力反射高真空条件时，增大光信号的功率可具有负面影响。例如，在高真空环境中，光信号可导致加速度计系统的部件发热，并且光信号可表现出由热效应而非由加速度引起的频率非线性。此类非线性可导致加速度计数据的失真，该失真可被称为光学“鲨鱼翅”失真，并且该失真可对加速度计数据的准确性产生负面影响。频率非线性可能发生，因为当外壳内部的大气为真空或近似真空时，光信号引起的热量可能无法通过外壳内部的大气有效地传导出去。在一些示例中，加速度计系统的外壳另外包封具有介于0.1托和760托之间的范围内的分压的氦气。通过将低压氦气包封在外壳中，加速度计系统可使得来自光信号的热量被氦气充分吸收，而不会对光信号的机械品质因数产生负面影响。这样，包含氦气可解决外壳内的压力与光信号的功率之间的冲突。
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的电光机械加速度计系统10的框图。如图1所示，加速度计系统10包括发光装置12、电路14、检测质量块组件16和外壳32。另外，在图1所示的示例中，电路14包括电光调制器(EOM)22A、22B(统称为“EOM 22”)，光接收器24A、24B(统称为“光接收器24”)，反馈单元26A、26B(统称为“反馈单元26”)，频率计数器28A、28B(统称为“频率计数器28”)和处理电路30。在图1的示例中，发光装置12、检测质量块组件16、EOM 22A、光接收器24A、反馈单元26A和频率计数器28A形成第一正反馈回路。另外，在图1的示例中，发光装置12、检测质量块组件16、EOM 22B、光接收器24B、反馈单元26B和频率计数器28B形成第二正反馈回路。
在一些示例中，加速度计系统10可被构造成基于一组双音叉(DETF)结构的测量的振动频率来确定与物体(在图1中未示出)相关联的加速度，该组DETF结构悬置检测质量块组件16的检测质量块，其中该DETF结构的振动由通过发光装置12发射的光信号引起。在一些示例中，第一正反馈回路生成表示第一DETF结构的振动频率的第一频率值，并且第二正反馈回路生成表示第二DETF结构的振动频率的第二频率值。基于第一振动频率和第二振动频率，加速度计系统10可分别确定第一加速度值和第二加速度值。在一些示例中，加速度计系统10基于第一加速度值和第二加速度值来确定物体的加速度。在一些示例中，加速度计系统10基于第一加速度值来确定物体的加速度。在一些示例中，加速度计系统10基于第二加速度值来确定物体的加速度。
在一些情况下，发光装置12可包括被构造成发射光子的激光装置。在一些示例中，发光装置12以介于0.1微瓦(μW)和10μW之间的范围内的光学功率来发射光子。在一些示例中，发光装置12为包括激光二极管的半导体激光器。
在一些示例中，电路14可包括用于处理并分析由光接收器24接收的电信号的一组电子部件。下面进一步详细描述电路14的部件。
EOM 22可表示被构造成基于由电路14产生并处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号的光学装置。例如，EOM 22A可包括一组晶体(例如，铌酸锂晶体)，其中该组晶体的折射率随着邻近该组晶体的电场而变化。晶体的折射率可确定EOM 22A调制光信号的方式。例如，EOM22A的晶体可接收来自发光装置12的光信号，同时EOM 22A也正接收来自电路14的反馈单元26A的电信号。因此，电信号可影响邻近EOM 22A的晶体的电场，从而使得EOM 22A调制光信号。在一些示例中，EOM22A通过使用电信号调制晶体的折射率来调制光信号。在一些情况下，EOM 22A可将调制光信号发送到检测质量块组件16。在一些示例中，EOM22B基本上类似于EOM 22A，其中EOM 22B由来自反馈单元26B的电信号控制。
一般来讲，光接收器24可各自包括被构造成吸收光信号的光子并响应于吸收该光子而输出电信号的一个或多个晶体管。这样，光接收器24可被构造成将光信号转换为电信号。例如，光接收器24A可包括p-n结，该p-n结将光信号的光子转换为电信号，其中该电信号保留光信号的至少一些参数。响应于光接收器24A接收光信号，与光信号相关联的一个或多个频率值和强度值可被反射在由光接收器24A产生的电信号中。例如，响应于接收较强(例如，较大功率)的光信号，光接收器24A可产生较强的电信号(即，较大电流量值)。另外，在一些情况下，光接收器24A可产生电信号以反射对应于所接收的光信号的一个或多个频率值。换句话讲，处理电路(例如，处理电路30)可分析电信号以确定对应于光信号的一个或多个频率值。光接收器24A可包括半导体材料，诸如砷化铟镓、硅、碳化硅、氮化硅、氮化镓、锗或硫化铅的任何组合。在一些示例中，光接收器24B基本上类似于光接收器24A。
反馈单元26可各自包括用于处理电信号的一组电路部件。在一些示例中，包括在反馈单元26A中的该组电路部件可包括带通滤波器、移相器、电子放大器和电压限制器的任何组合。此类部件可处理或滤波电信号，使得可更有效地测量电信号的某些方面(例如，频率值或强度值)。在图1的示例中，反馈单元26A可从光接收器24A接收电信号并将经处理的电信号输出到EOM 22A和频率计数器28A。这样，反馈单元26A通过处理电信号来充当第一正反馈回路的一部分，EOM 22A使用该电信号来调制由发光装置12发射的光信号，其中调制信号在返回电路14由反馈单元26A处理之前穿过检测质量块组件16。反馈单元26B可基本上类似于反馈单元26A，因为反馈单元26B从光接收器24B接收电信号，并且将经处理的电信号递送到频率计数器28B和EOM 22B。因此，反馈单元26B以类似于反馈单元26A在第一反馈回路内操作的方式在第二反馈回路内操作。
在一些示例中，频率计数器28为各自被构造成用于测量电信号的频率的电路部件。例如，频率计数器28A可确定对应于由反馈单元26A产生的经处理的电信号的一个或多个频率值。频率计数器28A可实时地或近似实时地测量对应于该经处理的电信号的频率值，使得频率计数器28A跟踪随着时间变化的频率值。频率计数器28B可基本上类似于频率计数器28A，不同的是频率计数器28B从反馈单元26B而不是从反馈单元26A接收电信号。
处理电路30和电路14通常可包括被构造成实现用于在加速度计系统10内执行的功能和/或处理指令的一个或多个处理器。例如，处理电路30能够处理存储在存储装置(在图1中未示出)中的指令。处理电路30可包括例如微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者等效的离散或集成逻辑电路或者前述任何装置或电路的组合。因此，处理电路30可包括任何合适的结构，无论是在硬件、软件、固件，或它们的任何组合中，以执行本文赋予处理电路30的功能。
检测质量块组件16可包括检测质量块、框架、一组拴系件和一组DETF结构。在一些示例中，检测质量块通过该组拴系件和该组DETF结构悬置在框架内。例如，该组DETF结构可相对于框架以第一方向悬置检测质量块。另外，该组拴系件可相对于框架以第二方向和第三方向悬置检测质量块。第一方向、第二方向和第三方向可表示笛卡尔空间的三个轴线(例如，x轴线、y轴线和z轴线)。在一些情况下，该组DETF结构使得检测质量块能够以第一方向位移。另外，在一些情况下，该组拴系件防止检测质量块以第二方向和第三方向位移。这样，质量块组件16可仅允许检测质量块沿单个轴线(例如，位移轴线)位移。由于检测质量块的位移可确定由电路14测量的加速度，因此加速度计系统10可被构造成确定相对于位移轴线的加速度。
在一些示例中，第一正反馈回路(例如，装置12、检测质量块组件16、EOM 22A、光接收器24A、反馈单元26A和频率计数器28A)和第二正反馈回路(例如，发光装置12、检测质量块组件16、EOM 22B、光接收器24B、反馈单元26B和频率计数器28B)被构造成独立地确定表示包括加速度计系统10的物体的加速度的加速度值。例如，发光装置12可发射光信号，EOM22A可调制光信号以获得第一调制光信号，并且EOM 22A可将第一调制光信号发送到检测质量块组件16。光接收器24A可从检测质量块组件16接收第一调制光信号，其中由光接收器24A接收的第一调制光信号的属性可能受到检测质量块组件16的第一DETF结构的机械振动的影响。光接收器24A将第一调制光信号转换为第一电信号，并且将该第一电信号发送到反馈单元26A。在一些示例中，反馈单元26A处理第一电信号以获得第一经处理的电信号。例如，反馈单元26A可使用第一带通滤波器、第一移相器、第一电子放大器和第一电压限制器的任何组合来处理第一电信号。频率计数器28A可接收第一经处理的电信号并确定对应于该第一经处理的电信号的第一频率值。在一些情况下，第一频率值表示检测质量块组件16的第一DETF结构的机械振动频率，该第一DETF结构承载最终由光接收器24A接收的第一调制光信号。
除了将第一经处理的电信号发送到频率计数器28A之外，反馈单元26A还可将该第一经处理的电信号发送到EOM 22A。继而，EOM 22A可基于第一经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号，其中第一调制光信号经由检测质量块组件16的第一DETF结构发送到光接收器24A，从而完成第一正反馈回路。因此，第一DETF结构的未来机械振动频率至少部分地取决于该第一DETF结构的当前机械振动频率。
另外，在一些示例中，第二正反馈回路可确定第二频率值。例如，发光装置12可发射光信号，EOM 22B可调制光信号以获得第二调制光信号，并且EOM 22B可将第二调制光信号发送到检测质量块组件16。光接收器24B可从检测质量块组件16接收第二调制光信号，其中由光接收器24B接收的第二调制光信号的属性可能受到检测质量块组件16的第二DETF结构的机械振动的影响。光接收器24B将第二调制光信号转换为第二电信号，并且将该第二电信号发送到反馈单元26B。在一些示例中，反馈单元26B处理第二电信号以获得第二经处理的电信号。例如，反馈单元26B可使用第二带通滤波器、第二移相器、第二电子放大器和第二电压限制器的任何组合来处理第二电信号。频率计数器28B可接收第二经处理的电信号并确定对应于该第二经处理的电信号的第二频率值。在一些情况下，第二频率值表示检测质量块组件16的第二DETF结构的机械振动频率，该第二DETF结构承载最终由光接收器24B接收的第二调制光信号。
除了将第二经处理的电信号发送到频率计数器28B之外，反馈单元26B还可将该第二经处理的电信号发送到EOM 22B。继而，EOM 22B可基于第二经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号，其中第二调制光信号经由检测质量块组件16的第二DETF结构发送到光接收器24B，从而完成第二正反馈回路。因此，第二DETF结构的未来机械振动频率至少部分地取决于该第二DETF结构的当前机械振动频率。
处理电路30可被构造成基于第一频率值来计算第一加速度值。在一些示例中，为了计算第一加速度值，处理电路30可从第一频率值中减去基线频率值以获得第一频率差值。该基线频率值可表示当检测质量块未沿检测质量块位移轴线从静止点位移时检测质量块组件16的第一DETF结构的共振机械频率。换句话讲，当检测质量块未沿检测质量块位移轴线从静止点位移时，由EOM 22A发射的调制光信号可引起第一DETF结构以该基线频率值振动。因此，当物体未在加速时，第一频率差值可等于零，因为表示第一DETF结构的机械频率的第一加速度值等于当检测质量块未位移(即，承载加速度计系统10的物体未在加速)时的基线频率值。在一些示例中，第一频率差值可与物体的加速度相关。换句话讲，第一频率差值量值的增大可指示物体加速度的增大，并且第一频率差值量值的减小可指示物体加速度的减小。
另外，处理电路30可被构造成基于第二频率值来计算第二加速度值。在一些示例中，为了计算第二加速度值，处理电路30可从第二频率值中减去基线频率值以获得第二频率差值。在一些示例中，第二频率差值可与物体的加速度相关。换句话讲，第二频率差值量值的增大可指示物体加速度的增大，并且第二频率差值量值的减小可指示物体加速度的减小。在一些情况下，由处理电路30计算的第一加速度值和第二加速度值可近似相等。
可能期望加速度计系统10具有高灵敏度，以便提高由加速度计系统10测量的加速度值的质量并且/或者增大加速度计系统10可准确确定的加速度值的范围。为了提高加速度计系统10的灵敏度水平，增大检测质量块组件16的DETF结构的机械品质因数(即，减小DETF结构振动时产生的阻尼量)、增大由发光装置12发射的光信号的功率或它们的任何组合可能是有益的。增大DETF结构的机械品质因数的一种方法是减小该DETF结构所定位的空间内的压力。更具体地，为了实现高机械品质因数，将DETF结构容纳在真空或近似真空的环境中可能是有益的。然而，在一些情况下，将DETF结构容纳在真空或近似真空的环境中同时增大由发光装置12发射的光信号的功率可导致加速度计系统10的部件发热，并且光信号可表现出由热效应而非由加速度引起的频率非线性。此类非线性可导致加速度计数据的失真，该失真可被称为光学“鲨鱼翅”失真，并且该失真可对加速度计数据的准确性产生负面影响。
在一些示例中，外壳32包封发光装置12、电路14和检测质量块组件16。在一些示例中，壳体32包括结晶材料，诸如硅。另外，在一些示例中，外壳32包括具有无定形固体材料的第一层和具有结晶材料的第二层。
在一些示例中，外壳32包封氦气。在一些情况下，氦气限定介于0.1托和760托之间的范围内的分压。在一些示例中，氦气限定介于0.1托和1托之间的范围内的分压可能是有益的。氦气可具有足够低的压力，使得DETF结构的机械品质因数不会受到不利影响。由于氦具有非常低的原子质量(即，4.03个原子质量单位(amu))，因此氦可对DETF结构的机械品质因数具有相对较小的影响。另外，由于氦具有非常高的热容量(即，在20℃下为5.19焦耳/(克*℃)(J/g℃))，所以氦气可有效吸收由光信号引起的热量。因此，在外壳32包封氦气的示例中，可调节DETF结构周围的压力和由发光装置12发射的光信号的功率，使得加速度计系统10的灵敏度得以提高。
在一些示例中，外壳32包封氢气。在一些情况下，氢气限定介于0.1托和760托之间的范围内的分压。在一些示例中，氢气限定介于0.1托和1托之间的范围内的分压可能是有益的。氢气可具有足够低的压力，使得DETF结构的机械品质因数不会受到不利影响。由于氢具有非常低的原子质量(即，1.01amu)，因此氢可对DETF结构的机械品质因数具有相对较小的影响。另外，由于氢具有非常高的热容量(即，在20℃下为14.32焦耳/(克*℃)(J/g℃))，所以氢气可有效吸收由光信号引起的热量。因此，在外壳32包封氢气的示例中，可调节DETF结构周围的压力和由发光装置12发射的光信号的功率，使得加速度计系统10的灵敏度得以提高。
在一些示例中，与DETF结构相关联的机械品质因数介于5,000和2,000,000之间的范围内。在一些示例中，发光装置12以介于1毫微瓦(nW)和10,000nW之间的范围内的功率值来发射光信号。
在一些示例中，加速度计系统10包括作为自振荡电光机械振荡器的光学机械振梁加速度计。两对纳米级电介质梁可形成将薄膜检测质量块刚性地锚定到框架的一对DETF结构。该对DETF结构的每个DETF结构可具有光学共振，该光学共振具有在包含0.05纳米(nm)和1nm限定的范围内(例如，0.1nm)的光谱宽度。在一些示例中，DETF结构可由通过发光装置12发射的光信号激励并驱动，其中该光信号经由波导耦合到DETF结构的光学有源部分。由幅值调制光信号驱动的DETF结构的机械运动可对光信号具有交互影响，因为机械运动调制光信号。换句话讲，光信号既可以引发DETF结构中的机械振动，又可以测量对应于由光信号引起的振动的DETF结构的机械振动频率。
光信号可从DETF结构外耦合。在一些示例中，脱离DETF结构来反射激光场。在其他示例中，光信号在发送中穿过DETF结构并且光信号以合适的带宽入射在光接收器24上以检测在光信号的调制频率下的交流电流(AC)光电流。由光接收器24产生的电信号由反馈电子器件调节(例如，被滤波、被放大、被移相并且受电压限制)，并且该电信号被输出到EOM 22的相应驱动端口以调制光信号。这样，加速度计系统10可在具有0度相位偏移和0dB往返行程信号增益的正反馈的标准条件下以机械共振频率(例如，1.33兆赫(MHz))实现闭合回路电光机械自振荡。加速度计系统10经历的加速度可导致检测质量块组件16的检测质量块的微小位移，从而在DETF结构中生成使DETF结构的机械共振频率偏移的应力，该应力对于拉伸应力较高，对于压缩应力较低。因此，可通过使用频率计数器28对相应电信号的频率进行计数来监测每个DETF结构的瞬时频率。为了生成加速度值，在一些示例中，处理电路30可将比例因子施加到DETF结构的机械振动频率中的测量的频率偏移。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的图1的电路14的框图。如图1所示，电路14包括EOM 22、光接收器24、反馈单元26、频率计数器28和处理电路30。反馈单元26包括带通滤波器40A、40B(统称为“带通滤波器40”)，移相器42A、42B(统称为“移相器42”)，电子放大器44A、44B(统称为“电子放大器44”)和电压限制器46A、46B(统称为“电压限制器46”)。第一反馈回路包括带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A和电压限制器46A。第二反馈回路包括带通滤波器40B、移相器42B、电子放大器44B和电压限制器46B。
在一些示例中，电路14可被构造成：从检测质量块组件16接收调制光信号；将该光信号转换为电信号；处理该电信号；分析经处理的电信号以确定加速度值；并且使用经处理的电信号来调制光信号，从而完成第一反馈回路和第二反馈回路。例如，光接收器24A可从检测质量块组件16的第一DETF结构接收第一调制光信号。第一调制光信号可包括与第一DETF结构本身相关的频率分量，诸如第一DETF结构的振动频率。光接收器24A可将第一调制光信号转换为第一电信号，从而保持指示第一DETF结构的振动频率的频率分量。光收器24可将第一电信号发送到反馈单元26A，该反馈单元包括带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A和电压限制器46A。
带通滤波器40A可以为使频率范围之外的频率衰减并且使频率范围内的频率“通过”的电子滤波器。在一些示例中，带通滤波器40A包括无源滤波器、有源滤波器、无限脉冲响应(IIR)滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器、巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器、高斯滤波器、勒让德滤波器或林克威治-瑞利滤波器的任何组合。在一些示例中，带通滤波器40A包括通过高于高通截止点的频率的高通滤波器和通过低于低通截止点的频率的低通滤波器的组合。在一些情况下，带通滤波器40A通过介于100千赫兹(kHz)和10,000kHz之间的范围内的频率。另外，移相器42A可被构造成使第一电信号的相位偏移。相位可被表征为周期波形的波形周期上的瞬时位置。例如，第一电信号可包括表示第一电信号的频率分量的周期波形。正弦波的最大峰例如可处于与正弦波的最小峰或零交叉不同的相位。在一些示例中，移相器42A可将第一电信号“延迟”一个时间值，以使第一电信号的频率分量在其中振荡的时间线偏移。
电子放大器44A可放大第一电信号，使得第一电信号的幅值被增益因数增大。换句话讲，电子放大器44A可增大第一电信号的功率。通过使用电子放大器44A来放大第一电信号，电路14可改善处理电路30分析第一电信号并使用EOM 22A来调制由发光装置12发射的光信号的能力。在一些情况下，电子放大器44A可包括功率放大器、运算放大器或晶体管放大器或它们的任何组合。另外，在一些示例中，电压限制器46A被构造成将第一电信号的电压限制为最大电压值。换句话讲，电压限制器46A可防止第一电信号超过最大电压值，这意味着由反馈单元26A产生的第一经处理的电信号可不超过最大电压值。
在一些示例中，第一电信号可以以从带通滤波器40A到移相器42A、到电子放大器44A、到电压限制器46A的次序穿过第一反馈单元26A，如图1所示。然而，图1所示的次序并不旨在进行限制。带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A和电压限制器46A可被布置为以任何有效次序处理第一电信号。
在一些示例中，反馈单元26A可将第一经处理的电信号发送到频率计数器28A。频率计数器28A可确定第一频率值，并且处理电路30可基于该第一频率值确定第一加速度值。另外，反馈单元26A可将第一经处理的电信号发送到EOM 22A，并且EOM 22A可基于该第一经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号。这样，检测质量块组件16、光接收器24A、带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A、电压限制器46A、EOM 22A和频率计数器28A为第一正反馈回路的一部分，该第一正反馈回路产生与包括加速度计系统10的物体相关联的第一加速度值。
在一些示例中，反馈单元26B的部件(例如，带通滤波器40B、移相器42B、电子放大器44B和电压限制器46B)可基本上类似于反馈单元26A的相应部件。因此，第二正反馈回路可基本上类似于第一正反馈回路。
图3示出了根据本公开的一种或多种技术的包括通过第一DETF结构54、第二DETF结构58和一组拴系件62A至62R悬置在框架52内的检测质量块50的检测质量块组件16的概念图。如图3所示，检测质量块组件16包括检测质量块50，框架52，包括第一对机械梁56A、56B(统称为“第一对机械梁56”)的第一DETF结构54，包括第二对机械梁60A、60B(统称为“第二对机械梁60”)的第二DETF结构58、拴系件62A至62R(统称为“拴系件62”)，第一远侧尖齿64和第二远侧尖齿68。检测质量块组件16相对于检测质量块位移轴线72和检测质量块静止平面74对准，如图3所示。
检测质量块组件16为电光机械加速度计系统10的机械部件。由于加速度计系统10测量加速度，该加速度为物体的速度随时间推移而变化的速率，因此包括检测质量块组件16可能是有益的，使得可基于物理物体诸如检测质量块50来测量加速度。例如，包括检测质量块组件16的加速度计系统10可被固定到或包括在物体内。因此，当物体以一个加速度值加速时，检测质量块组件16也可以该加速度值加速。加速度可影响检测质量块50在框架52内相对于检测质量块位移轴线72和检测质量块静止平面74的位置。例如，非零加速度可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72从检测质量块静止平面74位移。如本文所述，如果检测质量块50“位移”，则检测质量块50的质量块中心相对于框架52位移。増大加速度量值可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72的位移增大。另外，减小加速度量值可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72的位移减小。
在一些示例中，检测质量块50采取图案化薄膜的形式，其中该薄膜具有介于100纳克(ng)和10,000ng之间的范围内的质量。另外，在一些情况下，薄膜具有介于1nm和5,000nm之间的范围内的厚度。检测质量块50可通过第一DETF结构54和第二DETF结构58(统称为“DETF结构54、58”)沿检测质量块位移轴线72悬置在框架52内。第一DETF结构54和第二DETF结构58可各自具有高水平的刚度。例如，第一DETF结构54和第二DETF结构58中的每一者的比例因子可介于百万分之0.1每克(ppm/g)和10ppm/g之间的范围内。这样，检测质量块组件16可包括由非常刚性的DTEF结构54、58固定的非常轻的检测质量块50。因此，非常高的加速度(例如100,000m/s2)可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72位移例如非常小的位移值。在一些示例中，检测质量块50沿检测质量块位移轴线72位移高达100nm的位移值。
为了生成指示加速度计系统10所固定到的物体的加速度的加速度值，加速度计系统10可使用光信号来量化检测质量块50在框架52内的位移。为了量化检测质量块50的位移，加速度计系统10可测量并分析DETF结构54、58的机械属性，诸如对应于DETF结构54、58的机械振动频率值。实际上，由于DETF结构54、58悬置检测质量块50，所以DETF结构54、58的机械振动频率可由于检测质量块50的位移而受到影响。例如，检测质量块50朝向第一DETF结构54并远离第二DETF结构58的位移可导致检测质量块50向第一DETF结构54施加压缩力并且向第二DETF结构58施加张力。此类压缩力可导致第一DETF结构54的机械振动频率减小，并且此类张力可导致第二DETF结构58的机械振动力增大。在一些示例中，DETF结构54、58的机械振动频率的变化可与检测质量块50相对于框架52以检测质量块位移轴线72的方向的位移成比例。在一些示例中，加速度计系统10可通过经由DETF结构54、58发送调制光信号来测量DETF结构54、58的机械振动频率的变化。
第一DETF结构54可包括例如由间隙隔开的第一对机械梁56。该第一对机械梁56可包括光子晶体机械梁，该光子晶体机械梁被构造成用于在第一DETF结构54以第一机械振动频率振荡时承载第一调制光信号。在一些情况下，第一调制光信号由发光装置12(如图1所示)发射，并且该第一调制光信号本身在第一DETF结构54中引起振动。另外，第一DETF结构54的振动可影响第一调制光信号的某些属性，使得第一DETF结构54的机械振动频率被反射在该第一调制光信号中。这样，第一调制光信号可导致第一DETF结构54中的机械振动，并且使得加速度计系统10能够基于该第一调制光信号来测量第一DETF结构54的机械振动频率。
另外，第二DETF结构58可包括例如由间隙隔开的第二对机械梁60。该第二对机械梁60可包括光子晶体机械梁，该光子晶体机械梁被构造成用于在第二DETF结构58以第二机械振动频率振荡时承载第二调制光信号。在一些情况下，第二调制光信号由发光装置12(如图1所示)发射，并且该第二调制光信号本身在第二DETF结构58中引起振动。另外，第二DETF结构58的振动可影响第二调制光信号的某些属性，使得第二DETF结构58的机械振动频率被反射在该第二调制光信号中。这样，第二调制光信号可导致机械振动在第二DETF结构58中发生，并且使得加速度计系统10能够基于该第二调制光信号来测量第二DETF结构58的机械振动频率。
检测质量块50可通过拴系件62固定到框架52。在一些示例中，拴系件62可将检测质量块50悬置在检测质量块静止平面74中，使得检测质量块50的质量块中心不在检测质量块静止平面74内相对于框架52移动。检测质量块位移轴线72可表示笛卡尔空间的单个轴线(例如，x轴线)，并且检测质量块静止平面74可表示笛卡尔空间的两个轴线(例如，y轴线和z轴线)。由于拴系件62可限制检测质量块50相对于检测质量块静止平面74位移，所以在一些示例中，检测质量块50可仅沿检测质量块位移轴线72位移。加速度计系统10可基于DETF结构54、58的机械振动频率来测量加速度，其中该机械振动频率与检测质量块50沿检测质量块位移轴线72的位移量相关。这样，由加速度计系统10确定的加速度可以为相对于检测质量块位移轴线72的加速度。
第一DETF结构54可包括邻近检测质量块50的近侧端部和通过第一间隙66与框架52分离的远侧端部。第一远侧尖齿64可有助于将第一DETF结构54悬置在框架52内，使得第一DETF结构54垂直于检测质量块静止平面74。在一些示例中，第一远侧尖齿64垂直于框架52的两个侧壁之间的检测质量位移轴线72延伸。光信号可经由第一光纤(在图3中未示出)行进穿过框架52，该光信号跨过第一间隙66耦合到第一DETF结构54。
第二DETF结构58可包括邻近检测质量块50的近侧端部和通过第二间隙70与框架52分离的远侧端部。第二远侧尖齿68可有助于将第二DETF结构58悬置在框架52内，使得第二DETF结构58垂直于检测质量块静止平面74。在一些示例中，第二远侧尖齿68垂直于框架52的两个侧壁之间的检测质量位移轴线72延伸。光信号可经由第二光纤(在图3中未示出)行进穿过框架52，该光信号跨过第二间隙70耦合到第二DETF结构58。
图4示出了根据本公开的一种或多种技术的图10的加速度计系统的概念图。图4的概念图包括发光装置12、电路14的部件和检测质量块组件16。
在一些示例中，物体可固定到加速度计系统10。在一些情况下，该物体可加速。包括检测质量块组件16的加速度计系统10可与物体一起加速。当检测质量块组件16加速时，检测质量块50可相对于框架52位移。在图4所示的示例中，如果检测质量块组件16以方向78加速，则检测质量块50以方向78位移。在一些示例中，方向78与检测质量块位移轴线(例如，图3的检测质量块轴线72)对准。当检测质量块50相对于框架52以方向78位移时，检测质量块50向第一DETF结构54施加压缩力，并且检测质量块50向第二DETF结构58施加张力。此类力可影响DETF结构54、58的机械振动频率，其中电光调制器22A和电光调制器22B分别在第一DETF结构54和第二DETF结构58中引起机械振动。例如，施加到第一DETF结构54的压缩力可导致第一DETF结构54的机械振动频率减小，并且施加到第二DETF结构58的张力可导致第二DETF结构58的机械振动频率增大。
发光装置12可向EOM 22发射光信号。继而，EOM 22A和EOM 22B可根据分别由反馈单元26A产生的第一经处理的电信号和由反馈单元26B产生的第二经处理的电信号来调制光信号。因此，EOM 22A产生第一调制光信号并且EOM 22B产生第二调制光信号。例如，EOM22A可将第一调制光信号发送到检测质量块组件16。第一调制光信号可跨过框架52。在一些示例中，框架52包括孔或由允许第一调制光信号通过的第一光纤桥接的另一个开口。另外，第一调制光信号可跨过第一间隙66耦合到第一DETF结构54。第一调制光信号可通过第一DETF结构54传播，从而在第一DETF结构54中引起机械振动。在一些示例中，第一调制光信号沿机械梁56A朝向检测质量块50传播第一DETF结构54的长度，并且随后沿机械梁56B远离检测质量块50传播第一DETF结构54的长度。在一些示例中，第一调制光信号沿机械梁56B朝向检测质量块50传播第一DETF结构54的长度，并且随后沿机械梁56A远离检测质量块50传播第一DETF结构54的长度。在任何情况下，通过传播第一DETF结构54的长度，第一调制光信号可保持指示第一DETF结构54的机械属性(例如，机械振动频率)的信息。在第一调制光信号通过第一DETF结构54传播之后，第一调制光信号可经由第一间隙66和框架52的第一光纤离开检测质量块组件16。
在离开检测质量块组件16之后，第一调制光信号可到达光接收器24A。光接收器24A将第一调制光信号转换为第一电信号，并且反馈单元26A处理该第一电信号以产生第一经处理的电信号。频率计数器28A可确定对应于该第一经处理的电信号的第一频率值，其中该第一频率值指示第一DETF结构54的机械振动频率。处理电路30可从第一频率值中减去基线频率值以获得第一频率差值，并且基于该第一频率差值计算第一加速度值。EOM 22A可使用第一经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号。
例如，EOM 22B可将第二调制光信号发送到检测质量块组件16。第二调制光信号可跨过框架52。在一些示例中，框架52包括孔或由允许第二调制光信号通过的第二光纤桥接的另一个开口。另外，第二调制光信号可跨过第二间隙70耦合到第二DETF结构58。第二调制光信号可通过第二DETF结构58传播，从而在第二DETF结构58中引起机械振动。在一些示例中，第二调制光信号沿机械梁56A朝向检测质量块50传播第二DETF结构58的长度，并且随后沿机械梁56B远离检测质量块50传播第二DETF结构58的长度。在一些示例中，第二调制光信号沿机械梁56B朝向检测质量块50传播第二DETF结构58的长度，并且随后沿机械梁56A远离检测质量块50传播第二DETF结构58的长度。在任何情况下，通过传播第二DETF结构58的长度，第二调制光信号可保持指示第二DETF结构58的机械属性(例如，机械振动频率)的信息。在第二调制光信号通过第二DETF结构58传播之后，第二调制光信号可经由第二间隙70和框架52的第二光纤离开检测质量块组件16。
在离开检测质量块组件16之后，第二调制光信号可到达光接收器24B。光接收器24B将第二调制光信号转换为第二电信号，并且反馈单元26B处理该第二电信号以产生第二经处理的电信号。频率计数器28B可确定对应于该第二经处理的电信号的第二频率值，其中该第二频率值指示第二DETF结构58的机械振动频率。处理电路30可从第二频率值中减去基线频率值以获得第二频率差值，并且基于该第二频率差值计算第二加速度值。EOM 22B可使用第二经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号。
图5示出了根据本公开的一种或多种技术的加速度计系统10的附加方面。例如，图5示出了包括第一对机械梁56的第一DETF结构54。由发光装置12发射的光信号可在第一对机械梁56之间引起力，并且该力可由弹簧力模拟。图5示出了介于光拉链中的梁之间的激光在介于DETF结构54的光子晶体机械梁56A、56B之间的间隙中提供的弹簧力(402)；光拉链中的梁一起以一个共同方向的振动模式的透视图图示(404)；以及光拉链中的梁以相反的振动方向的振动模式的透视图图示(406)。
图6是示出根据本公开的一种或多种技术的用于使用正反馈回路来确定频率值的示例性操作的流程图。为方便起见，图6相对于图1至图4的发光装置12、电路14和检测质量块组件16来描述。然而，图6的技术可由发光装置12、电路14和检测质量块组件16的不同部件或由附加装置或另选装置来执行。
在一些示例中，包括发光装置12、电路14和检测质量块组件16的加速度计系统10被构造成实时地或近似实时地测量物体的加速度。为了测量加速度，加速度计系统10被构造成测量DETF结构的机械振动频率，该机械振动频率由光信号引起。在一些示例中，惯性导航系统可包括加速度计系统10。基于在一时间段内测量的物体的加速度，该惯性导航系统可通过在该时间段内执行加速度的二重积分来确定物体在该段时间内的位置。为了简化加速度测量，加速度计系统10可实现正反馈回路，如相对于图6的示例性操作所述。
如图6所示，发光装置12发射光信号(602)。在一些情况下，发光装置12可包括被构造成发射光子的激光装置。在一些示例中，发光装置12以介于0.1微瓦(μW)和10μW之间的范围内的光学功率来发射光子。发光装置12可将光信号发送到电路14的调制装置，该调制装置调制该光信号(604)。在一些示例中，调制装置包括电光调制器，诸如EOM 22A。在此类示例中，为了调制光信号，EOM 22A可在基于由EOM 22A接收的电信号确定的时间段内增大光信号的衰减并减小光信号的衰减。在调制光信号之后，在一些情况下，调制装置可将调制光信号发送到检测质量块组件16，并且调制光信号可通过检测质量块组件16的第一DETF结构54传播，从而在检测质量块组件16中引起机械振动。在一些示例中，所引起的机械振动频率影响调制光信号的属性。例如，在调制光信号通过第一DETF结构54传播之后，第一DETF结构54的机械振动频率可被反射在该调制光信号中。
在调制光信号行进穿过第一DETF结构54之后，光接收器(例如，光接收器24A)接收该调制光信号(606)。另外，光接收器24A将调制光信号转换为电信号(608)。光接收器24A可以为被构造成接收光子并将该光子转换为电能的半导体器件。当光接收器24A生成电信号时，光接收器24A可保留光信号的属性，诸如频率或强度水平。例如，被反射在调制光信号中的第一DETF结构54的机械振动频率也可被反射在由光接收器24A生成的电信号中。另外，在一些示例中，调制光信号的强度可被反射在电信号中。例如，调制光信号的较大强度水平可对应于电信号的较大电流幅值，并且调制光信号的较低强度水平可对应于电信号的较低电流幅值。
电路14使用反馈单元26A来处理电信号(610)。在一些示例中，为了处理电信号，反馈单元26A使用带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A和电压限制器46A。反馈单元26A将经处理的电信号发送到调制装置(612)，并且该操作返回框604。因此，调制装置使用该经处理的电信号来调制由发光装置12生成的光信号，该经处理的电信号受到第一DETF结构54的机械振动频率的影响。该调制完成正反馈回路，因为调制光信号由调制装置基于经处理的电信号产生，该经处理的电信号继而由电路14基于该调制光电路产生。另外，由调制光信号引起的第一DETF结构54的机械振动可受到该第一DETF结构54本身的机械振动频率的影响，因为该机械振动频率可驱动电信号，该电信号继而驱动该调制光信号。
频率计数器28A基于经处理的电信号来确定频率值(614)。在一些示例中，该频率值可表示第一DETF结构54的机械振动频率。基于该频率值，处理电路30被构造成计算加速度值(616)。在一些示例中，处理电路30可通过从频率值中减去基线频率值来计算加速度值以获得频率差值，其中该基线频率值表示当检测质量块50未位移时(即，在加速度等于0m/s2时)第一DETF结构54的机械振动频率。在一些示例中，该频率差值可与加速度相关。基于该相关性，处理电路30可使用该频率差值来计算加速度值。在一些示例中，处理电路30被构造成随着检测质量块50的位移变化跟踪一个时间段内的加速度值。在一些情况下，处理电路30可将该段时间内的加速度值存储在存储器中。
虽然图6的示例性操作是相对于包括EOM 22A、光接收器24A、反馈电路26A、频率计数器28A和第一DETF结构54等的第一正反馈回路来描述的，但是在一些示例中，图6的示例性操作可使用包括EOM 22B、光接收器24B、反馈电路26B、频率计数器28B和第二DETF结构58等的第二正反馈回路来执行。
图7是示出根据本公开的一种或多种技术的用于处理电信号的示例性操作的流程图。为方便起见，图7相对于图1至图4的发光装置12、电路14和检测质量块组件16来描述。然而，图7的技术可由发光装置12、电路14和检测质量块组件16的不同部件或由附加装置或另选装置来执行。
图7的示例性操作可表示图6的处理电信号(框610)的示例性操作。带通滤波器40A滤波由24A生成的电信号(702)。带通滤波器40A可以为使频率范围之外的频率衰减并且使频率范围内的频率“通过”的电子滤波器。移相器42A使电信号的相位偏移(704)。在一些示例中，移相器42A可将电信号“延迟”一个时间值，以使该电信号的频率分量在其中振荡的时间线偏移。电子放大器44A放大电信号的幅值(706)。换句话讲，电子放大器44A可增大电信号的功率。电压限制器46A限制电信号的电压以获得经处理的电信号。换句话讲，电压限制器46A可防止电信号超过最大电压值，这意味着由反馈单元26A产生的经处理的电信号可不超过最大电压值。
虽然图7的示例性操作是相对于包括带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A和电压限制器46A等的第一正反馈回路来描述的，但是在一些示例中，图7的示例性操作可使用包括带通滤波器40B、移相器42B、电子放大器44B和电压限制器46B等的第二正反馈回路来执行。
图8是示出根据本公开的一种或多种技术的用于基于由加速度计系统10测量的频率值来计算加速度值的示例性操作的流程图。为方便起见，图8相对于图1至图4的发光装置12、电路14和检测质量块组件16来描述。然而，图8的技术可由发光装置12、电路14和检测质量块组件16的不同部件或由附加装置或另选装置来执行。
频率计数器28A接收经处理的电信号(802)。在一些示例中，该经处理的电信号可至少部分地由反馈单元26A处理。在接收到该经处理的电信号之后，频率计数器28A测量该经处理的电信号的频率分布(804)，并且基于该频率分布来确定频率值(806)。这样，频率计数器28A可被构造成将频率值与经处理的电信号隔离，其中该频率值表示第一DETF结构54的机械振动频率。随着第一DETF结构54的机械振动频率的变化，频率值可相应地变化，从而使得加速度计系统10能够基于经处理的电信号来识别第一DETF结构54的机械振动频率的变化。
处理电路30从频率值中减去基线频率值以获得频率差值(808)。在一些示例中，基线频率值表示当第一DETF结构54由光信号激励并且检测质量块50未沿检测质量块位移轴线72位移时第一DETF结构54的机械振动频率。检测质量块50未沿检测质量块位移轴线72位移时，加速度计系统10的加速度可以为零。因此，基线频率值可表示第一DETF结构54在加速度为零时的机械振动频率。在一些示例中，基线频率值可介于1兆赫(MHz)和2MHz之间的范围内。在一些示例中，基线频率值为1.33MHz。处理电路30基于频率差值来确定加速度值(810)。在一些情况下，加速度可与该频率差值具有线性关系。换句话讲，频率差值的变化可对应于加速度的相应变化。
虽然图7的示例性操作是相对于包括反馈单元26A和频率计数器28A等的第一正反馈回路来描述的，但是在一些示例中，图7的示例性操作可使用包括反馈单元26B和频率计数器28B等的第二正反馈回路来执行。
在一个或多个示例中，本文所述的加速度计可利用硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现所述功能。在软件中实现的那些功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质发送，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括对应于有形介质诸如数据存储介质的计算机可读存储介质，或者包括例如根据通信协议促进计算机程序从某个地方传输到另一个地方的任何介质的通信介质。这样，计算机可读介质通常可对应于：(1)非暂态的有形计算机可读存储介质，或者(2)通信介质诸如信号或载波。数据存储介质可以是可以由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。
指令可由加速度计内的一个或多个处理器执行或通信地耦合到该加速度计。该一个或多个处理器可例如包括一个或多个DSP、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、FPGA或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适用于实施本文所描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面中，可以在被构造成用于执行本文所述的技术的专用硬件和/或软件模块内提供本文所述的功能。而且，这些技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实现。
本公开的技术可以在包括集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)的各种装置或设备中实现。在本公开中描述了各种部件、模块或单元，以强调被构造成执行所公开的技术的装置的功能方面，但是不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，各种单元可与结合合适的软件和/或固件的互操作硬件单元(包括如上所述的一个或多个处理器)的集合进行组合或由其提供。

Claims (10)

1.一种加速度计系统，包括：
发光装置，所述发光装置被构造成发射光信号；和
电路，所述电路被构造成：
使用调制装置来调制所述光信号以产生调制光信号；
使用光接收器来接收所述调制光信号；
使用所述光接收器来将所述调制光信号转换为电信号；
处理所述电信号以获得经处理的电信号；
将所述经处理的电信号发送到所述调制装置，其中所述调制装置被构造成基于所述经处理的电信号来调制所述光信号；并且
基于所述经处理的电信号来确定频率值。
2.根据权利要求1所述的加速度计系统，其中所述调制装置为第一调制装置，所述光接收器为第一光接收器，所述调制光信号为第一调制光信号，所述电信号为第一电信号，所述经处理的电信号为第一经处理的电信号，所述频率值为第一频率值，并且其中所述电路被进一步构造成：
使用第二调制装置来调制所述光信号以产生第二调制光信号；
使用第二光接收器来接收所述第二调制光信号；
使用所述第二光接收器来将所述第二调制光信号转换为第二电信号；
处理所述第二电信号以获得第二经处理的电信号；
将所述第二经处理的电信号发送到所述第二调制装置，其中所述第二调制装置被构造成基于所述第二经处理的电信号来调制所述光信号；并且
基于所述第二经处理的电信号来确定第二频率值。
3.根据权利要求2所述的加速度计系统，其中处理所述第一电信号，所述电路被构造成：
使用第一带通滤波器来滤波所述第一电信号以衰减第一频带之外的所述第一电信号的频率分量；
使用第一移相器来使所述第一电信号的相位偏移；
使用第一电放大器来放大所述第一电信号的幅值；并且
向所述第一电信号施加第一电压限制器以便获得所述第一经处理的电信号，并且其中处理所述第二电信号，所述电路被构造成：
使用第二带通滤波器来滤波所述第二电信号以衰减第二频带之外的所述第二电信号的频率分量；
使用第二移相器来使所述第二电信号的相位偏移；
使用第二电放大器来放大所述第二电信号的幅值；并且
向所述第二电信号施加第二电压限制器以便获得所述第二经处理的电信号。
4.根据权利要求2所述的加速度计系统，其中所述电路包括第一频率计数器、第二频率计数器和处理电路，其中所述第一频率计数器被构造成：
测量所述第一经处理的电信号的第一频率分布，其中所述第二频率计数器被构造成：
测量所述第二经处理的电信号的第二频率分布，并且其中所述处理电路被构造成：
基于所述第一频率分布来确定对应于所述第一经处理的电信号的所述第一频率值；
基于所述第二频率分布来确定对应于所述第二经处理的电信号的所述第二频率值；
基于所述第一频率值来确定第一加速度值；并且
基于所述第二频率值来确定第二加速度值。
5.根据权利要求4所述的加速度计系统，其中所述处理电路被进一步构造成：
基于所述第一加速度值和所述第二加速度值来确定指示所述加速度计系统的当前加速度的第三加速度值。
6.根据权利要求5所述的加速度计系统，其中所述第三加速度值高达500,000米每二次方秒(m/s2)。
7.根据权利要求4所述的加速度计系统，还包括：
检验质量块；
一个或多个拴系件；
一组双音叉(DETF)结构；和
框架，所述框架被构造成使用所述一个或多个拴系件和所述一个或多个DETF结构来悬置所述检测质量块，
其中所述检测质量块通过包括第一DETF结构和第二DETF结构的所述一组DETF结构相对于所述框架以第一方向悬置，
其中所述一组DETF结构被构造成承载所述调制光信号，
其中所述第一DETF结构接触所述检测质量块的第一侧面，并且所述第二DETF结构接触所述检测质量块的第二侧面，所述第一侧面与所述第二侧面相对，并且
其中所述检测质量块通过所述一个或多个拴系件相对于所述框架以第二方向和第三方向悬置。
8.根据权利要求7所述的加速度计系统，其中所述电路被构造成：
使用所述第一调制装置经由所述第一DETF结构将所述第一调制光信号发送到所述第一光接收器；并且
使用所述第二调制装置经由所述第二DETF结构将所述第二调制光信号发送到所述第二光接收器。
9.一种方法，包括：
使用发光装置发射光信号；
使用电路的调制装置来调制所述光信号以产生调制光信号；
使用电路的光接收器来接收所述调制光信号；
使用所述光接收器来将所述调制光信号转换为电信号；
处理所述电信号以获得经处理的电信号；
将所述经处理的电信号发送到所述调制装置，其中所述调制装置被构造成基于所述经处理的电信号来调制所述光信号；并且
基于所述经处理的电信号来确定频率值。
10.一种电路，所述电路被构造成：
使用调制装置接收来自发光装置的光信号；
使用所述调制装置来调制所述光信号以产生调制光信号；
使用光接收器来接收所述调制光信号；
使用所述光接收器来将所述调制光信号转换为电信号；
处理所述电信号以获得经处理的电信号；
将所述经处理的电信号发送到所述调制装置，其中所述调制装置被构造成基于所述经处理的电信号来调制所述光信号；并且
基于所述经处理的电信号来确定频率值。
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