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从高尔夫球到米粒大小,世界最小光纤陀螺仪或将被应用于移动设备 | 蓝驰观察

2018-11-01 11:39··TMT  蓝驰创投  蓝驰创投  收藏
   
从航海时代演变而来的陀螺仪如今被用在汽车、无人机、便携设备以及可穿戴设备中,在三维空间指引方向,已成为必不可少的一部分。

  《自然》杂志近日刊发来自加利福尼亚理工学院(California Institute of Technology)的研究人员在光纤陀螺仪领域的最新进展。如下图所示,该陀螺仪体积与米粒相仿,是当前体积最小的光纤陀螺仪的1/500。

  由于光纤陀螺仪比当前手机等移动设备中所使用的微机电陀螺仪(MEMS)更加精确,因此该项研究将有助于提高移动设备三维定向的准确度。

  从航海时代演变而来的陀螺仪如今被用在汽车、无人机、便携设备以及可穿戴设备中,在三维空间指引方向,已成为必不可少的一部分。

  和航海时代的惯性自旋陀螺仪不同,现代陀螺仪已根据运行原理演化为多种品类,包括激光陀螺仪、光纤陀螺仪,以及微机电陀螺仪(MEMS)。

  本文讨论的光纤陀螺仪运用光的干涉原理进行定向,其功能实现基于光通过光纤线圈形成的干涉。

  两束激光从同一光纤的两端同时射入光纤中。由于光的速度是固定的,在存在转动的情况下,其中一束光的光程会比另一束光的光程略短,使两束光间存在相位差,该相位差可以通过干涉仪测得,即塞格尼克效应。这样,角速度的分量就可被转换成通过光电探测器测得的干涉模式的变化。

  由于需要保证光纤线圈的长度,目前体积最小的光纤陀螺仪也足有高尔夫球大小,限制了其被应用在移动设备中的可能。此次研究的突破在于,制造出了体积仅为米粒大小的光纤陀螺仪,是此前最小光纤陀螺仪体积的1/500。值得一提的是,体积的减小的同时精度也有所提升,该设备可探测的相位差精度为此前的1/30。

  在此前的技术方案中,由于光从光纤的两端分别射入,受到光纤不同部分质量、热胀冷缩等因素的影响,信号存在干扰。此次研究人员创新性地采用了一种被称为相互敏感度增强(reciprocal sensitivity enhancement)的技术,降低光纤内的信噪比,进而缩短光纤长度,减小设备体积。

  由于光纤陀螺仪比当前手机等移动设备中所使用的微机电陀螺仪(MEMS)更加精确,因此该项研究将有助于提高移动设备三维定向的准确度。

  参考论文: https://authors.library.caltech.edu/88626/3/41566_2018_266_MOESM1_ESM.pdf

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