组件耦合到外部地面运动、波动、振动、脉冲、外力或是任何其他具有加速度以及/或速度分量的移动或运动。
[0108]在一些实施方式中，系统100包括配置为提供波长在波长范围(例如，850nm+/-lnm)之内的光束160的光源145。例如，在一些实施方式中，光源145可以包括激光或发光二级管。在一些实施方式中，光源可以是固态激光器，例如垂直腔表面发射激光器。在各种实施方式中可以使用任何其他适合的激光源。
[0109]系统100可以包括衍射栅格150，其配置为影响由光源145提供的光束160。
[0110]在一些实施方式中，系统100包括耦合到绕线圈105的栅格支架155并且配置为支撑衍射栅格150。栅格支架155可以相对于镜子120移动。
[0111]在一些实施方式中，系统100包括一个或多个聚焦透镜175配置为对光束160进行聚焦。
[0112]在一些实施方式中，系统100包括光电PCB165。在一些实施方式中，光电PCB165可以刚性耦合到壳体140。在另一些实施方式中，光电PCB165可以允许光电PCB165倾斜或是相对于壳体140移动的方式耦合到壳体140。
[0113]在一些实施方式中，系统100包括耦合到光电PCB165的光电二极管阵列170。该光电二极管阵列170可以配置为接收反射自镜子120的一个或多个光束160并且进一步配置为探测所接收到的光束的一个方面。例如，光电二极管阵列170可以包括多个光电探测器配置用以探测接收到的光强度并且确定所接收到的光的位置。所探测到的光数据可以产生可用以生成干涉图形的电信号(例如，电压/电流)。在一些实施方式中，光电二极管阵列170包括单一维度的多个光电探测器或是光电二极管。在一些实施方式中，该光电二极管可以包括具有PIN结或是p-n结的半导体二极管。
[0114]参照图2，示出了图1A-图1B的传感器的一些实施方式的示意性功能性框图，其中强调了读出电子线路200。该读出电子线路200可以相通讯地并且/或者电气地耦合到包括了线圈110、光源145以及光电二极管阵列170的传感器组件202。在一些实施方式中，来自光电二极管阵列170的光输出到读出电子线路200，此处信号被处理以生成指示着校样质量体105和壳体140的相对位移的信号(如不出的，产生了加速度信号)。两端子线圈连接110 (或其他合适的电气连接)可以被电气地连接到读出电子线路200，其可配置为基于所测量的位移信号将反馈力施加到校样质量体105从而可以调整传感器的工作点。
[0115]在一些实施方式中，读出电子线路包括配置为基于所测量的位移信号将反馈力施加到校样质量体105的力反馈电路205。
[0116]在一些实施方式中，读出电子线路200包括一个或多个精确电压参考210。该精确电压参考210可以位于读出电子线路200和/或系统100的外部或是内部。精确电压参考210可以配置为提供精确的电压参考供系统100和/或读出电子线路200的一个或多个组件使用。例如，MCU220可以利用精确电压来帮助将模拟信号转换为数字信号(例如，ADC功能性)。在另一个示例中，精确电压参考210可以通过电阻被耦合到光源145并且对光源145进行供能。精确电压参考210可以包括一个或多个组件，例如电阻、电感、电容、运算放大器、晶体管、半导体等，配置用以提供精确电压。
[0117]在一些实施方式中，读出电子线路200包括一个或多个耦合到一个或多个光电探测器以及/或光电二极管阵列170的跨阻抗放大器215。在一些实施方式中，该跨阻抗放大器215可以配置为将从光电二极管阵列170接收到的电流转换为电压。
[0118]在一些实施方式中，读出电子线路200包括配置用以从读出电子线路200的一个或多个组件，包括例如跨阻抗放大器215以及力反馈电路205接收输入并且向这些组件提供输出的微控制器单元(“MCU”)220。该MCU220可以包括多个管脚用以接收并且/或输出模拟以及/或数字信号。模拟输出管脚可以包括，例如针对在X、Y以及Z方向上的正向和负向加速度中的每一个的管脚。
[0119]在一些实施方式中，MCU220包括模拟-数字转换器(“ADC”)配置用于接收模拟信号(例如，来自光电二极管阵列170以及/或跨阻抗放大器215的连续光学输出电压/电流)并且将模拟信号转换为与模拟信号的振幅成比例并且/或者代表模拟信号的数字值。在一些实施方式中，MCU220包括线性ADC，因此，输入值的范围可以具有与输出值的线性关系。MCU220可以配置为以一个或多个采样率对模拟信号进行采样，采样率包括例如250Hz、500Hz和1kHz。模拟信号可以24bit、26bit或32bit的分辨率进行采样。传感器可以利用从6V到17V变化的供给电压以5V/g的敏感度对电压进行加速。传感器的通带可以从.0lHz到 3 kHz ο
[0120]在一些实施方式中，MCU220可以包括比例-积分-微分控制器(“PID控制器”)以及/或是比例-微分控制器(“ro控制器”)或是其他配置为提供反馈控制器功能性的控制器。例如，MCU220可以将“错误”值计算为指示着所测量的过程变量(例如，所测量的校样质量体105相对于壳体140的位移)的输出电压与期望的设定点(例如，对应于边纹“锁定”以及/或机械零位)之间的差。MCU220可以试图通过调整过程控制输入(例如，线圈110所施加的有效弹簧力)将错误最小化。
[0121]在一些实施方式中，MCU220可以配置为将系统100被控制为在图3A的输出电压曲线305上工作。
[0122]参照图3A，不出了作为校样质量体105和壳体140相对位移的函数的光电二极管阵列170的输出电压305的示意性绘图。例如，输出电压305可以对应于零阶衍射峰值(Itl)以及一阶衍射峰值(1-jPI+1)的相对强度。输出电压305可以为周期性的(例如示出为正弦曲线)，其周期与用以生成干涉图形的光160的波长倒数成正比。如在此所使用的，术语边纹315可以指代输出电压信号的一个半周期。
[0123]在各种实施方式中，在操作中，可能期望系统在对应于单边纹315的位移范围内进行操作。在一些实施方式中，可能期望系统在对应于单边纹的部分(如图3B的参考标号325所示)的位移范围内操作，此处输出电压作为位移的函数而基本上或至少接近于线性地变化。
[0124]在一些实施方式中，可能进一步期望系统在对应于位于机械零位320处的单边纹315的位移范围内操作。例如，在机械零位320处的边纹可能产生等于或是接近零伏特的光学输出，其可能降低功耗。随着系统100在远离机械零位的边纹处操作，机械弹簧力增加并且因此DC偏移同样增加。该DC偏移的增加还可能导致在模拟-数字转换器(ADC)中的不利于动态范围的问题。
[0125]在绘图中可见，位移被索引至系统100的“机械零位”320。当没有反馈电流施加到线圈110时，弹簧质量体系统可以由于例如地面运动而振动。在这种状况下，系统100可以具有相对高的质量(“Q”)因子(例如具有低阻尼系数的欠阻尼系统)并且可以主要以自然频率进行振荡。校样质量体105的平均位置由倾斜角确定，例如，沿着系统100的运动方向的在弹簧质量体系统上的拉伸重力。这可以被视为弹簧115的自然静止点并且被称为“机械零位”320。通过开启反馈控制系统，如这里进一步讨论的，Q因子将会降低，产生具有高阻尼系数的过阻尼系统。这可能导致系统100较少受到噪音影响导致的振荡，例如，系统在平衡时可能不会振荡或是具有最小的振荡频率，并且当由于(例如地面运动)发生位移时也会通过指数式衰减来返回到平衡状态。在一些实施方式中，系统可以具有在0.1-5之间的Q因子(其中Q因子=1/2*阻尼因子)。
[0126]如图3A所示的输出电压响应曲线305可能是响应曲线的理想版本。在一些实施方式中，输出电压响应曲线305可以被修改，例如通过根据镜子120和衍射栅格150之间空隙距离的包络函数而被修改。相应地，边纹315可能具有不同的光学调制。这里所使用的针对给定边纹的光学调制指的是光学曲线的峰-峰摆动归一化到光学曲线的峰值，通常对应于机械零位(100%为完美的调制，大于30%则对于典型的传感器操作来说具有优势)。在各种实施方式中，利用这里所描述的技术，系统可以锁定到具有至少30 %、40 %、50 %、60%、70%、80%、90%、95%或者更多的光学调制(例如在30% -100 %或其任何子范围的范围内)的边纹315。
[0127]在一些实施方式中，给定的边纹315可能具有例如由光学系统的缺陷所导致的非线性或是其他不期望的特征或是伪像(artifact)。
[0128]校样质量体105位移的量取决于地面运动，但是在一些实施方式中即使静止的环境中也有可能在缺乏力反馈的情况下移动多个光学边纹315的等效距离。相应地，反馈线圈110被用来将传感器保持或是“锁定”在期望的工作点以及位移范围。
[0129]参照图3B，在一些实施方式中，当传感器被供电，控制系统MCU220(如图2所示)可以配置为将系统100锁定在一个光学边纹325上。MCU220可以提供比例-微分“H)”控制器、比例-积分-微分控制器或是其他合适的控制器的功能性。在一些实施方式中，控制器可以设计为在一个或多个斜坡上进行操作，并且其以类似于具有充分大于开放环路系统的自然频率的自然频率的阻尼质量体弹簧系统的方式来工作。注意到，在各种实施方式中，系统可以基于反馈环路选定的极性从而在光学曲线的一个边纹315的正坡度或负坡度上进行操作。示例性的反馈环路实施例如图6-图8所示。
[0130]在一些实施方式中，锁定的初始边纹由传感器开启后的校样质量体105的位置所确定。自然地，其通常位于接近机械零位处，但是确切的位置可以变化。
[0131]如图4所示，由弹簧115所施加的机械力的量至少部分取决于校样质量体105相对于机械零位320的相对位置，并且由反馈线圈110所施加的力的量可以由光学系统的输出来确定。例如，为了在或是接近机械零位进行操作，系统可以应用偏移功率(例如，DC偏移或是电流偏移)使得校样质量体105在或是接近机械零位操作或是在边纹内操作。当系统100在非理想边纹(例如，位于一个或多个离开机械零位320的边纹处)处操作，传感器的性能可能受到负面影响。例如，增加的偏移电压可能意味着降低的动态范围、增加的功耗以及降低的随机强度噪音消除。
[0132]相应地，在某些情况下，系统配置为在最为接近机械零位320的边纹处操作从而使得机械弹簧力和偏移电压最小化。然而，在某些情况下，可能希望在离开机械零位的边纹处操作。例如，在最接近机械零位的边纹处的输出响应可能由于某些系统中光学镜片的缺陷而扭曲，然而另一个边纹相对而言不太糟糕。在这种情况下，可能会希望在后一个边纹处进行操作。
[0133]通过读取偏移电压可以对操作边纹进行监视，并且可以响应于在此所描述的各种条件而采用多种方法对其进行改变。例如，系统100可能经历由于弹簧设置、温度膨胀等导致的加速度所引起的机械漂移。参照图3A，漂移可能导致电压输出曲线305在两个方向上横向平移。当施加了力反馈，系统100可以锁定在一个边纹上。然而，当机械漂移发生时，该边纹可能漂移至远离理想的边纹，从而导致反馈线圈110偏移电压的漂移。在此描述的技术可以通过将工作点从漂移的边纹移位回到更接近于机械零位的边纹来修正漂移。
[0134]在一些实施方式中，如果传感器接收到足够大的信号从而压倒了控制系统(例如，临时的机械冲击)，校样质量体105可能会移动越过其操作所位于的边纹。这可能会导致控制系统不再作为过阻尼机械振荡器来操作。取而代之的是，传感器可能展示出开放环路特性(例如在开放环路自然频率处振荡)。随着输入加速度安定下来，系统可以重新锁定到边纹。该边纹可能是也可能不是理想的，并且可能具有实质性的偏移电压。在此描述的技术可以通过将工作点从漂移的边纹移位回到更接近于机械零位的边纹来修正漂移。
[0135]图5A为根据一个实施方式的光学信号非理想性(例如，非线性以及衰减的包络)的说明性的示图。在该说明中，该示图针对光学信号水平505和总光学功率510绘制出了光学信号水平(伏特)关于镜子到栅格间隙宽度(微米)的关系图。参考回图1A所示的实施方式，镜子到栅格间隙宽度可以是镜子120到衍射栅格150之间的距离122。
[0136]在本例子中，当镜子到