Φανταστείτε ότι οδηγείτε με τελική ταχύτητα σε δρόμο με δύο λωρίδες. Και ξαφνικά εμφανίζεται στα δεξιά
Ο αερόσακος ενεργοποιείται απόεπιταχυνσιόμετρο - ένας αισθητήρας που ανιχνεύει ξαφνικές αλλαγές στην ταχύτητα. Τα επιταχυνσιόμετρα διατηρούν τους πυραύλους και τα αεροπλάνα στη σωστή διαδρομή πτήσης και παρέχουν πλοήγηση για αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα. Είναι επίσης ενσωματωμένα σε κινητά τηλέφωνα, tablet και ηλεκτρονικά προγράμματα ανάγνωσης για να προβάλλουν σωστά τις εικόνες όταν ο χρήστης αναποδογυρίζει τη συσκευή.
Ερευνητές από το Εθνικό ΙνστιτούτοΟι Standards and Technologies (NIST) έχουν αναπτύξει ένα επιταχυνσιόμετρο πάχους μόλις ενός χιλιοστού. Χρησιμοποιεί φως λέιζερ αντί για μηχανική παραμόρφωση για να δημιουργήσει ένα σήμα. Οι επιστήμονες ελπίζουν να καλύψουν την αυξανόμενη ζήτηση για ακριβείς μετρήσεις επιτάχυνσης σε μικρά συστήματα πλοήγησης και άλλες συσκευές.
Αν και κάποια άλλα επιταχυνσιόμετρα επίσηςβασίζονται στο φως, ο σχεδιασμός του οργάνου NIST διευκολύνει τη διαδικασία μέτρησης παρέχοντας παράλληλα μεγαλύτερη ακρίβεια. Επιπλέον, λειτουργεί σε μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων και έχει υποβληθεί σε πιο αυστηρές δοκιμές από παρόμοιες συσκευές.
Συσκευή NIST - οπτομηχανικό επιταχυνσιόμετροδεν απαιτεί μακρά περιοδική διαδικασία βαθμονόμησης. Στην πραγματικότητα, επειδή το όργανο χρησιμοποιεί φως λέιζερ γνωστής συχνότητας για τη μέτρηση της επιτάχυνσης, θα μπορούσε τελικά να χρησιμεύσει ως φορητή αναφορά για τη βαθμονόμηση άλλων επιταχυνσιόμετρων που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά, καθιστώντας τα πιο ακριβή.
Το επιταχυνσιόμετρο θα βελτιώσει επίσης την αδρανειακή πλοήγησησε κρίσιμα συστήματα όπως στρατιωτικά αεροσκάφη, δορυφόροι και υποβρύχια, ειδικά όταν το σήμα GPS δεν είναι διαθέσιμο. Οι ερευνητές του NIST Jason Gorman, Thomas LeBrun, David Long και οι συνεργάτες τους περιέγραψαν τη δουλειά τους στο περιοδικό Optica.
Επιταχυνσιόμετρα, συμπεριλαμβανομένης της νέας συσκευής NIST,καταγράψτε τις αλλαγές στην ταχύτητα παρακολουθώντας τη θέση μιας ελεύθερα κινούμενης μάζας, που ονομάζεται «μάζα αναφοράς», σε σχέση με ένα σταθερό σημείο αναφοράς μέσα στη συσκευή. Η απόσταση μεταξύ της μάζας αναφοράς και του σημείου αναφοράς αλλάζει μόνο εάν το επιταχυνσιόμετρο επιβραδύνει, επιταχύνει ή αλλάξει κατεύθυνση. Το ίδιο ισχύει αν είστε επιβάτης σε αυτοκίνητο. Εάν το αυτοκίνητο είναι ακίνητο ή κινείται με σταθερή ταχύτητα, η απόσταση μεταξύ του ατόμου και του ταμπλό παραμένει αμετάβλητη. Αλλά αν το αυτοκίνητο φρενάρει ξαφνικά, ο οδηγός πετιέται προς τα εμπρός και η απόσταση μεταξύ του ατόμου και του ταμπλό μειώνεται.
Η κίνηση της μάζας αναφοράς δημιουργεί ένα ανιχνεύσιμοσήμα. Το νέο επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως για να μετρήσει την αλλαγή της απόστασης μεταξύ δύο άκρως ανακλαστικών επιφανειών που καλύπτουν μια μικρή περιοχή κενού χώρου. Μια μάζα ελέγχου αναρτημένη σε εύκαμπτες δοκούς το ένα πέμπτο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας υποστηρίζει μία από τις επιφάνειες του καθρέφτη. Η άλλη ανακλαστική επιφάνεια, η οποία χρησιμεύει ως σταθερό σημείο αναφοράς για το επιταχυνσιόμετρο, αποτελείται από ένα σταθερό μικροκοίλο κάτοπτρο.
Μαζί, δύο ανακλαστικές επιφάνειες και ένα κενόΟ χώρος μεταξύ τους σχηματίζει μια κοιλότητα στην οποία το υπέρυθρο φως του επιθυμητού μήκους κύματος αντηχεί ή αντανακλάται μεταξύ των καθρεπτών, αυξάνοντας την ένταση. Αυτό το μήκος κύματος καθορίζεται από την απόσταση μεταξύ των δύο καθρεπτών, ακριβώς όπως το βήμα μιας κιθάρας που έχει αποφλοιωθεί εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ του μαχαιριού και του γεφυριού. Εάν η μάζα αναφοράς κινείται σε απόκριση στην επιτάχυνση αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ των κατόπτρων, αλλάζει επίσης το μήκος κύματος συντονισμού.
Για παρακολούθηση αλλαγών στο μήκος συντονισμούκύματα αντηχείου με υψηλή ευαισθησία, σταθερό λέιζερ μονής συχνότητας είναι συνδεδεμένο με τον αντηχείο. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια χτένα οπτικής συχνότητας για να μετρήσουν το μήκος του συντονιστή με υψηλή ακρίβεια. Τα σημάδια χάρακα (δόντια χτένας) μπορούν να θεωρηθούν ως μια σειρά λέιζερ με ίσα μήκη κύματος. Καθώς η δοκιμαστική μάζα μετακινείται κατά τη διάρκεια της περιόδου επιτάχυνσης, βραχύνοντας ή επιμηκύνοντας την κοιλότητα, η ένταση του ανακλώμενου φωτός αλλάζει καθώς τα μήκη κύματος που σχετίζονται με τα δόντια της χτένας μετακινούνται μέσα και έξω από τον συντονισμό με την κοιλότητα.
Ακριβής μετατροπή της κίνησης ελέγχουΗ μάζα στην επιτάχυνση ήταν προβληματική στα περισσότερα υπάρχοντα οπτομηχανικά επιταχυνσιόμετρα. Ωστόσο, ο νέος σχεδιασμός της συσκευής διασφαλίζει ότι η δυναμική σχέση μεταξύ μετατόπισης μάζας αναφοράς και επιτάχυνσης είναι απλή και εύκολη στη μοντελοποίηση χρησιμοποιώντας τις πρώτες αρχές της φυσικής. Με απλά λόγια, η μάζα δοκιμής και οι δοκοί στήριξης έχουν σχεδιαστεί για να συμπεριφέρονται σαν απλό ελατήριο ή αρμονικό ταλαντωτή. Δονείται σε μία συχνότητα εντός του εύρους λειτουργίας του επιταχυνσιόμετρου.
Αυτή η απλή δυναμική απόκριση επέτρεψε στους επιστήμονεςεπιτύχετε χαμηλό σφάλμα μέτρησης σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων επιτάχυνσης - από 1 έως 20 kilohertz - χωρίς να απαιτείται βαθμονόμηση της συσκευής. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι μοναδικό στο ότι όλα τα εμπορικά επιταχυνσιόμετρα πρέπει να είναι βαθμονομημένα, κάτι που είναι χρονοβόρο και δαπανηρό. Από τη δημοσίευση της μελέτης τους στο Optica, οι ερευνητές έχουν κάνει αρκετές βελτιώσεις που αναμένεται να μειώσουν το σφάλμα της συσκευής τους σε σχεδόν 1%.
Οπτικο-μηχανικό επιταχυνσιόμετρο ικανόανιχνεύει μετατοπίσεις μιας μάζας αναφοράς που είναι μικρότερη από το εκατό χιλιοστό της διαμέτρου ενός ατόμου υδρογόνου, ανιχνεύοντας επιταχύνσεις έως και 32 ppb ag, όπου g είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας της Γης. Αυτή είναι η υψηλότερη ευαισθησία από οποιοδήποτε επιταχυνσιόμετρο παρόμοιου μεγέθους και εύρους ζώνης που κυκλοφορεί αυτή τη στιγμή στην αγορά.
Με περαιτέρω βελτιώσειςΤο οπτομηχανικό επιταχυνσιόμετρο της NIST θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως φορητή συσκευή αναφοράς υψηλής ακρίβειας για τη βαθμονόμηση άλλων επιταχυνσιόμετρων χωρίς να χρειάζεται να τα φέρει στο εργαστήριο.
Διαβάστε περισσότερα
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ανάλογο μιας μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν τη θεωρία του Hawking. Πού οδηγεί;
Ο αλγόριθμος ανακάλυψε ένα νέο μυστηριώδες στρώμα μέσα στη Γη
Λόγω του Ήλιου, η ατμόσφαιρα της Γης θα χάσει όλο το ελεύθερο οξυγόνο
Στην οπτική, μια χτένα συχνότητας είναι ένα λέιζερμια πηγή της οποίας το φάσμα αποτελείται από μια σειρά διακριτών, ίσων αποστάσεων γραμμών συχνοτήτων. Η χτένα συχνότητας επιτρέπει την άμεση επικοινωνία από πρότυπα RF σε οπτικές συχνότητες. Σύγχρονα πρότυπα συχνότητας όπως ατομικά ρολόγια λειτουργούν στην περιοχή μικροκυμάτων του φάσματος και η χτένα συχνότητας φέρνει την ακρίβεια τέτοιων ρολογιών στο οπτικό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.