Képzelje el, hogy maximális sebességgel halad egy kétsávos úton. És hirtelen megjelenik a jobb oldalon
A légzsák működésbe lépgyorsulásmérő - egy érzékelő, amely érzékeli a hirtelen sebességváltozásokat. A gyorsulásmérők a megfelelő repülési útvonalon tartják a rakétákat és a repülőgépeket, és navigációt biztosítanak az önvezető autók számára. Mobiltelefonokba, táblagépekbe és e-olvasókba is be vannak építve, hogy helyesen jelenítsék meg a képeket, amikor a felhasználó megfordítja az eszközt.
Az Országos Intézet kutatóiA Standards and Technologies (NIST) egy mindössze milliméter vastag gyorsulásmérőt fejlesztett ki. Mechanikai deformáció helyett lézerfényt használ a jel generálására. A tudósok azt remélik, hogy kielégítik a kisméretű navigációs rendszerekben és más eszközökben történő pontos gyorsulásmérés iránti növekvő igényt.
Bár néhány más gyorsulásmérő isA fényre támaszkodva a NIST műszer kialakítása megkönnyíti a mérési folyamatot, miközben nagyobb pontosságot biztosít. Ráadásul szélesebb frekvenciatartományban működik, és szigorúbb tesztelésen esett át, mint a hasonló eszközök.
NIST eszköz - optomechanikus gyorsulásmérőnem igényel hosszadalmas időszakos kalibrálási folyamatot. Valójában, mivel a műszer ismert frekvenciájú lézerfényt használ a gyorsulás mérésére, végső soron hordozható referenciaként szolgálhat más, jelenleg forgalomban lévő gyorsulásmérők kalibrálásához, pontosabbá téve azokat.
A gyorsulásmérő az inerciális navigációt is javítjakritikus rendszerekben, mint például katonai repülőgépek, műholdak és tengeralattjárók, különösen, ha nem áll rendelkezésre GPS-jel. A NIST kutatói, Jason Gorman, Thomas LeBrun, David Long és kollégáik az Optica folyóiratban ismertették munkájukat.
Gyorsulásmérők, beleértve az új NIST eszközt,rögzítse a sebesség változásait egy szabadon mozgó tömeg, az úgynevezett „referenciatömeg” helyzetének követésével a készülék belsejében lévő rögzített referenciaponthoz képest. Az ellenőrző tömeg és a referenciapont közötti távolság csak akkor változik, ha a gyorsulásmérő lassul, gyorsul vagy irányt változtat. Ugyanez vonatkozik arra az esetre is, ha Ön utas az autóban. Ha az autó áll vagy állandó sebességgel halad, a személy és a műszerfal közötti távolság változatlan marad. De ha az autó hirtelen fékez, a vezető előrelendül, és csökken a távolság a személy és a műszerfal között.
A referenciatömeg mozgása kimutathatót hoz létrejel. Az új gyorsulásmérő infravörös fény segítségével méri a távolság változását két erősen visszaverő felület között, amelyek egy kis üres területet fednek le. Az emberi haj szélességének egyötödével rugalmas gerendákra felfüggesztett ellenőrző tömeg támogatja az egyik tükörfelületet. A másik fényvisszaverő felület, amely a gyorsulásmérő fix referenciapontjaként szolgál, egy rögzített mikrokonkáv tükörből áll.
Két fényvisszaverő felület és egy vaka köztük lévő tér egy üreget képez, amelyben a kívánt hullámhosszúságú infravörös fény visszhangzik vagy visszaverődik a tükrök között, növelve az intenzitást. Ezt a hullámhosszat a két tükör közötti távolság határozza meg, ahogyan a pengetős gitár hangmagassága is a hangszer frettje és a híd távolságától függ. Ha a referencia tömeg a gyorsulásra reagálva a tükrök közötti távolság megváltoztatásával mozog, akkor a rezonáns hullámhossz is változik.
A rezonanciahossz változásainak követésérenagy érzékenységű rezonátorhullámok, stabil egyfrekvenciás lézer van a rezonátorhoz kötve. A tudósok optikai frekvenciafésűvel mérték meg nagy pontossággal a rezonátor hosszát. A vonalzójelek (fésűfogak) egyenlő távolságban elhelyezkedő hullámhosszú lézerek sorozatának tekinthetők. Ahogy a teszttömeg elmozdul a gyorsítási periódus alatt, rövidítve vagy meghosszabbítva az üreget, a visszavert fény intenzitása megváltozik, ahogy a fésűfogakhoz tartozó hullámhosszak az üregbe való rezonanciából be- és kimozdulnak.
A vezérlő mozgásának pontos átalakításaA tömeg gyorsulássá alakítása a legtöbb létező optomechanikus gyorsulásmérőben problémás volt. Az eszköz új kialakítása azonban biztosítja, hogy a referenciatömeg elmozdulása és a gyorsulás közötti dinamikus kapcsolat egyszerű és könnyen modellezhető a fizika első alapelvei alapján. Egyszerűen fogalmazva, a teszttömeget és a tartógerendákat úgy tervezték, hogy egyszerű rugóként vagy harmonikus oszcillátorként viselkedjenek. Egy frekvencián rezeg a gyorsulásmérő működési tartományán belül.
Ez az egyszerű dinamikus válasz lehetővé tette a tudósok számáraalacsony mérési hibát érhet el a gyorsulási frekvenciák széles tartományában - 1 és 20 kilohertz között - anélkül, hogy a készüléket kalibrálni kellene. Ez a funkció abban egyedülálló, hogy minden kereskedelmi forgalomban kapható gyorsulásmérőt kalibrálni kell, ami időigényes és költséges. Tanulmányuk Opticában való közzététele óta a kutatók számos olyan fejlesztést hajtottak végre, amelyeknek a hibáját közel 1%-ra kell csökkentenie.
Optikai-mechanikus gyorsulásmérő képesa hidrogénatom átmérőjének százezrelékénél kisebb referenciatömeg elmozdulását észleli, akár 32 milliárd ag-résznyi gyorsulást is detektál, ahol g a Föld gravitációjából adódó gyorsulás. Ez nagyobb érzékenység, mint bármely hasonló méretű és sávszélességű, jelenleg forgalomban lévő gyorsulásmérő.
További fejlesztésekkelA NIST optomechanikus gyorsulásmérője hordozható, nagy pontosságú referenciaeszközként használható más gyorsulásmérők kalibrálásához anélkül, hogy a laboratóriumba kellene vinni őket.
Olvass tovább
A fizikusok létrehozták a fekete lyuk analógját, és megerősítették Hawking elméletét. Hova vezet?
Az algoritmus új titokzatos réteget fedezett fel a Föld belsejében
A Nap miatt a Föld légköre elveszíti az összes szabad oxigént
Az optikában a frekvenciafésű egy lézerolyan forrás, amelynek spektruma diszkrét, egyenlő távolságra lévő frekvenciavonalak sorozatából áll. A frekvencia fésű lehetővé teszi a közvetlen kommunikációt az RF szabványoktól az optikai frekvenciákig. A modern frekvencia-szabványok, például az atomórák a spektrum mikrohullámú tartományában működnek, és egy frekvenciafésű hozza az ilyen órák pontosságát az elektromágneses spektrum optikai részéhez.