당신이 2차선 도로에서 최고 속도로 운전하고 있다고 상상해 보십시오. 그리고 갑자기 오른쪽에 나타납니다
에어백은 다음과 같이 활성화됩니다.가속도계 - 속도의 급격한 변화를 감지하는 센서입니다. 가속도계는 로켓과 비행기가 올바른 비행 경로를 유지하도록 하고 자율주행 자동차에 네비게이션을 제공합니다. 또한 사용자가 장치를 뒤집을 때 이미지를 올바르게 표시하기 위해 휴대폰, 태블릿 및 e-reader에 내장되어 있습니다.
국립연구소 연구진NIST(Standards and Technologies)는 두께가 1mm에 불과한 가속도계를 개발했습니다. 기계적 변형 대신 레이저 광을 사용하여 신호를 생성합니다. 과학자들은 소형 내비게이션 시스템 및 기타 장치에서 정확한 가속도 측정에 대한 증가하는 수요를 충족시키기를 희망합니다.
다른 가속도계도 있지만빛에 의존하는 NIST 장비 설계는 더 높은 정확도를 제공하는 동시에 측정 프로세스를 더 쉽게 만듭니다. 또한 더 넓은 주파수 범위에서 작동하며 유사한 장치보다 더 엄격한 테스트를 거쳤습니다.
NIST 장치 - 광기계 가속도계장기간의 주기적인 교정 과정이 필요하지 않습니다. 실제로 이 장비는 가속도를 측정하기 위해 알려진 주파수의 레이저 광을 사용하기 때문에 궁극적으로 현재 시중에 판매되는 다른 가속도계를 교정하기 위한 휴대용 기준 역할을 하여 정확도를 높일 수 있습니다.
가속도계는 관성 항법도 개선합니다.특히 GPS 신호를 사용할 수 없는 군용 항공기, 위성 및 잠수함과 같은 중요한 시스템에서. NIST 연구원 Jason Gorman, Thomas LeBrun, David Long 및 그들의 동료들은 Optica 저널에 그들의 연구를 설명했습니다.
새로운 NIST 장치를 포함한 가속도계장치 내부의 고정된 기준점을 기준으로 "기준 질량"이라고 불리는 자유롭게 움직이는 질량의 위치를 추적하여 속도 변화를 기록합니다. 기준 질량과 기준점 사이의 거리는 가속도계가 느려지거나 가속되거나 방향이 변경되는 경우에만 변경됩니다. 자동차에 탑승한 승객인 경우에도 마찬가지입니다. 자동차가 정지해 있거나 일정한 속도로 움직이는 경우, 사람과 대시보드 사이의 거리는 변하지 않습니다. 하지만 차가 갑자기 브레이크를 밟으면 운전자가 앞으로 밀리면서 사람과 대시보드 사이의 거리가 좁아집니다.
기준 질량의 움직임은 감지 가능한신호. 새로운 가속도계는 적외선을 사용하여 빈 공간의 작은 영역을 덮는 반사율이 높은 두 표면 사이의 거리 변화를 측정합니다. 인간 머리카락 너비의 1/5인 유연한 빔에 매달린 제어 질량이 거울 표면 중 하나를 지지합니다. 가속도계의 고정 기준점 역할을 하는 다른 반사 표면은 고정된 미세 오목 거울로 구성됩니다.
함께, 두 개의 반사 표면과 블랭크그들 사이의 공간은 원하는 파장의 적외선이 거울 사이에서 공명하거나 반사하여 강도를 증가시키는 공동을 형성합니다. 이 파장은 뽑아 낸 기타의 피치가 악기의 프렛과 브리지 사이의 거리에 따라 달라지는 것처럼 두 거울 사이의 거리에 의해 결정됩니다. 거울 사이의 거리를 변경하여 가속도에 따라 기준 질량이 이동하면 공진 파장도 변경됩니다.
공진 길이의 변화를 추적하려면고감도의 안정적인 단일 주파수 레이저를 갖춘 공진기 파동이 공진기에 연결됩니다. 과학자들은 공진기의 길이를 높은 정확도로 측정하기 위해 광주파수 빗을 사용했습니다. 눈금자 표시(빗살)는 동일한 간격의 파장을 갖는 일련의 레이저로 생각할 수 있습니다. 테스트 질량이 가속 기간 동안 이동하여 공동을 줄이거나 늘리면 빗살과 관련된 파장이 공동과의 공명 안팎으로 이동함에 따라 반사광의 강도가 변경됩니다.
제어 동작의 정확한 변환질량을 가속도로 변환하는 것은 대부분의 기존 광기계 가속도계에서 문제가 되었습니다. 그러나 장치의 새로운 설계를 통해 기준 질량 변위와 가속도 간의 동적 관계가 물리학의 첫 번째 원리를 사용하여 간단하고 쉽게 모델링될 수 있습니다. 간단히 말해서, 테스트 질량과 지지 빔은 단순한 스프링이나 고조파 발진기처럼 작동하도록 설계되었습니다. 가속도계의 작동 범위 내에서 하나의 주파수로 진동합니다.
이 간단한 동적 반응을 통해 과학자들은장치를 교정할 필요 없이 1~20kHz의 광범위한 가속 주파수에서 낮은 측정 오류를 달성합니다. 이 기능은 모든 상용 가속도계를 교정해야 한다는 점에서 독특하며, 이는 시간과 비용이 많이 듭니다. Optica에 연구 결과를 발표한 이후 연구원들은 장치의 오류를 거의 1%로 줄이는 몇 가지 개선 사항을 적용했습니다.
광학-기계식 가속도계수소 원자 직경의 10만분의 1 미만인 기준 질량의 변위를 감지하여 최대 32ppb ag의 가속도를 감지합니다. 여기서 g는 지구 중력으로 인한 가속도입니다. 이는 현재 시중에 나와 있는 비슷한 크기와 대역폭을 가진 어떤 가속도계보다 감도가 더 높습니다.
추가 개선NIST의 광 기계식 가속도계는 휴대용 고정밀 기준 장치로 사용되어 다른 가속도계를 실험실로 가져 가지 않고도 교정 할 수 있습니다.
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광학 분야에서 주파수 빗은 레이저입니다.스펙트럼이 일련의 이산적이고 동일한 간격의 주파수 라인으로 구성된 소스. 주파수 빗을 사용하면 RF 표준에서 광 주파수로 직접 통신 할 수 있습니다. 원자 시계와 같은 최신 주파수 표준은 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 작동하며 주파수 빗은 이러한 시계의 정밀도를 전자기 스펙트럼의 광학 부분에 제공합니다.