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1. WO2022007981 - CHIP-LEVEL, RESONANT, ACOUSTO-OPTICALLY COUPLED, SOLID-STATE WAVE GYROSCOPE

Publication Number WO/2022/007981
Publication Date 13.01.2022
International Application No. PCT/CN2021/116699
International Filing Date 06.09.2021
IPC
G01C 19/5698 2012.1
GPHYSICS
01MEASURING; TESTING
CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
19Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
5698using acoustic waves, e.g. surface acoustic wave gyros
G01C 19/02 2006.1
GPHYSICS
01MEASURING; TESTING
CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
19Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
02Rotary gyroscopes
G01P 3/00 2006.1
GPHYSICS
01MEASURING; TESTING
PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION OR SHOCK; INDICATING PRESENCE OR ABSENCE OF MOVEMENT;  INDICATING DIRECTION OF MOVEMENT 
3Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
Applicants
  • 西北工业大学 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY [CN]/[CN]
Inventors
  • 常洪龙 CHANG, Honglong
  • 田璐 TIAN, Lu
  • 申强 SHEN, Qiang
Agents
  • 北京展翼知识产权代理事务所(特殊普通合伙) ZYX INTELLECTUAL PROPERTY LAW FIRM
Priority Data
202010648228.707.07.2020CN
Publication Language Chinese (zh)
Filing Language Chinese (ZH)
Designated States
Title
(EN) CHIP-LEVEL, RESONANT, ACOUSTO-OPTICALLY COUPLED, SOLID-STATE WAVE GYROSCOPE
(FR) GYROSCOPE À ONDES SOLIDES, À COUPLAGE ACOUSTO-OPTIQUE RÉSONANT AU NIVEAU PUCE
(ZH) 一种芯片级谐振式声光耦合固态波动陀螺
Abstract
(EN) The invention relates to the field of micro-sensors, and particularly to a novel MEMS technology-based, chip-level, resonant, acousto-optically coupled, solid-state wave gyroscope. The gyroscope integrates an acoustic surface wave-sensitive structure and a resonant microring resonator optical measurement structure, and applies said structures in a gyroscope. The acousto-optical effect is used to convert mechanical strain on a device crystal caused by a primary acoustic surface wave and a secondary acoustic wave caused by the Coriolis force into a change in refractive index of an optical waveguide etched on the device, causing an optical signal transmitted in the waveguide to diffract, thereby producing a frequency modulation. Meanwhile, a microresonator that uses the principle of resonance separates the frequency change introduced into the primary acoustic surface wave to obtain an output signal containing external angular velocity information. The quality factor of the resonant microring resonator forms a proportional relationship with the measurement resolution, increasing the magnitude of interface measurement resolution. At the same time that aspects such as sensitivity are increased and resolution improved, the performance indexes of the gyroscope are optimized, achieving improvement in the accuracy thereof.
(FR) L'invention concerne le domaine des micro-capteurs, et notamment un nouveau gyroscope à ondes sollides, à couplage acousto-optique résonant niveau puce, basé sur la technologie MEMS. Le gyroscope intègre une structure sensible aux ondes acoustiques de surface et une structure de mesure optique de résonateur à micro-anneau résonant, et applique lesdites structures dans un gyroscope. L'effet acousto-optique est utilisé pour convertir une contrainte mécanique sur un cristal de dispositif, provoquée par une onde acoustique primaire de surface et une onde acoustique secondaire provoquée par la force de Coriolis, en un changement d'indice de réfraction d'un guide d'ondes optique gravé sur le dispositif, amenant un signal optique, transmis dans le guide d'ondes, à diffracter, produisant ainsi une modulation de fréquence. Pendant ce temps, un microrésonateur qui utilise le principe de résonance sépare le changement de fréquence introduit dans l'onde acoustique primaire de surface pour obtenir un signal de sortie contenant des informations de vitesse angulaire externe. Le facteur de qualité du résonateur à micro-anneau résonant forme une relation proportionnelle avec la résolution de mesure, augmentant l'amplitude de la résolution de mesure d'interface. En même temps, des aspects, tels que la sensibilité, sont augmentés et la résolution est améliorée, les indices de performance du gyroscope sont optimisés, ce qui permet d'obtenir l'amélioration de la précision de celui-ci.
(ZH) 一种基于MEMS技术的芯片级谐振式声光耦合固态波动陀螺。该陀螺将声表面行波模式敏感结构与谐振式微环谐振腔光学检测结构结合在一起应用于陀螺仪中,利用声光效应将一次声表面波与科氏力导致的二次声表面波振动引起器件晶体的机械应变转换成器件上刻蚀的光波导的折射率变化,使得在该波导中传输的光信号发生衍射,从而产生频率调制,同时利用谐振原理的微谐振腔剥离一次声表面波引入的频率变化,得到包含有外部角速度信息的输出信号。利用谐振式微环谐振腔的品质因数与检测分辨率成比例关系,提高接口检测分辨率的量级,在提升灵敏度、改善分辨率等多个方面同时优化陀螺仪的性能指标,实现其精度的提高。
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