Iedomājieties, ka braucat ar maksimālo ātrumu pa divu joslu ceļu. Un pēkšņi tas parādās labajā pusē
Gaisa spilvenu aktivizē arakselerometrs - sensors, kas nosaka pēkšņas ātruma izmaiņas. Akselerometri notur raķetes un lidmašīnas pareizajā lidojuma trajektorijā un nodrošina navigāciju pašbraucošām automašīnām. Tie ir iebūvēti arī mobilajos tālruņos, planšetdatoros un e-lasītājos, lai pareizi attēlotu attēlus, kad lietotājs apgriež ierīci.
Pētnieki no Nacionālā institūtaStandarti un tehnoloģijas (NIST) ir izstrādājuši tikai milimetru biezu akselerometru. Tas izmanto lāzera gaismu, nevis mehānisku deformāciju, lai radītu signālu. Zinātnieki cer apmierināt pieaugošo pieprasījumu pēc precīziem paātrinājuma mērījumiem mazās navigācijas sistēmās un citās ierīcēs.
Lai gan daži citi akselerometri arīpaļaujoties uz gaismu, NIST instrumenta dizains atvieglo mērīšanas procesu, vienlaikus nodrošinot lielāku precizitāti. Turklāt tas darbojas plašākā frekvenču diapazonā un ir izturējis stingrākas pārbaudes nekā līdzīgas ierīces.
NIST ierīce - optomehāniskais akselerometrsnav nepieciešams ilgstošs periodisks kalibrēšanas process. Faktiski, tā kā instruments izmanto zināmas frekvences lāzera gaismu, lai izmērītu paātrinājumu, tas galu galā varētu kalpot par pārnēsājamu atsauci citu pašlaik tirgū esošo akselerometru kalibrēšanai, padarot tos precīzākus.
Akselerometrs uzlabos arī inerciālo navigācijukritiskās sistēmās, piemēram, militārajās lidmašīnās, satelītos un zemūdenēs, īpaši, ja GPS signāls nav pieejams. NIST pētnieki Džeisons Gormens, Tomass Lebruns, Deivids Longs un viņu kolēģi aprakstīja savu darbu žurnālā Optica.
Akselerometri, tostarp jaunā NIST ierīce,reģistrēt ātruma izmaiņas, izsekojot brīvi kustīgas masas stāvokli, ko sauc par “atskaites masu”, attiecībā pret fiksētu atskaites punktu ierīces iekšpusē. Attālums starp atskaites masu un atskaites punktu mainās tikai tad, ja akselerometrs palēninās, paātrina vai maina virzienu. Tas pats attiecas uz gadījumiem, kad esat automašīnas pasažieris. Ja automašīna stāv vai brauc ar nemainīgu ātrumu, attālums starp cilvēku un instrumentu paneli paliek nemainīgs. Bet, ja automašīna pēkšņi bremzē, vadītājs tiek izmests uz priekšu un attālums starp cilvēku un instrumentu paneli samazinās.
Atsauces masas kustība rada nosakāmusignāls. Jaunais akselerometrs izmanto infrasarkano gaismu, lai izmērītu attāluma izmaiņas starp divām ļoti atstarojošām virsmām, kas aptver nelielu tukšas vietas laukumu. Kontrolmasa, kas piekārta uz elastīgām sijām, kas ir viena piektdaļa no cilvēka mata platuma, atbalsta vienu no spoguļa virsmām. Otra atstarojošā virsma, kas kalpo kā fiksēts atskaites punkts akselerometram, sastāv no fiksēta mikroieliekta spoguļa.
Kopā divas atstarojošas virsmas un sagataveatstarpe starp tām veido dobumu, kurā vēlamā viļņa garuma infrasarkanā gaisma rezonē vai tiek atstarota starp spoguļiem, palielinot intensitāti. Šo viļņa garumu nosaka attālums starp diviem spoguļiem, tāpat kā noplūktas ģitāras augstums ir atkarīgs no attāluma starp instrumenta fret un tiltu. Ja atsauces masa pārvietojas, reaģējot uz paātrinājumu, mainot attālumu starp spoguļiem, mainās arī rezonanses viļņa garums.
Lai izsekotu rezonanses garuma izmaiņāmrezonatora viļņi ar augstu jutību, stabils vienas frekvences lāzers ir piesaistīts rezonatoram. Zinātnieki izmantoja optiskās frekvences ķemmi, lai ar augstu precizitāti izmērītu rezonatora garumu. Lineāla zīmes (ķemmes zobus) var uzskatīt par lāzeru sēriju ar vienādiem viļņu garumiem. Testa masai pārvietojoties paātrinājuma periodā, saīsinot vai pagarinot dobumu, atstarotās gaismas intensitāte mainās, jo viļņu garumi, kas saistīti ar ķemmes zobiem, pārvietojas iekšā un ārpus rezonanses ar dobumu.
Precīza vadības kustības pārveidošanamasas palielināšana paātrinājumā ir bijusi problemātiska lielākajā daļā esošo optomehānisko akselerometru. Tomēr jaunais ierīces dizains nodrošina, ka dinamiskā attiecība starp atskaites masas pārvietojumu un paātrinājumu ir vienkārša un viegli modelējama, izmantojot pirmos fizikas principus. Vienkārši sakot, testa masa un atbalsta sijas ir veidotas tā, lai tās darbotos kā vienkāršs atsperes vai harmoniskais oscilators. Tas vibrē vienā frekvencē akselerometra darbības diapazonā.
Šī vienkāršā dinamiskā reakcija ļāva zinātniekiemsasniegt zemu mērījumu kļūdu plašā paātrinājuma frekvenču diapazonā - no 1 līdz 20 kiloherciem - bez nepieciešamības kalibrēt ierīci. Šī funkcija ir unikāla ar to, ka visi komerciālie akselerometri ir jākalibrē, kas ir laikietilpīgi un dārgi. Kopš pētījuma publicēšanas Optica pētnieki ir veikuši vairākus uzlabojumus, kas samazina viņu ierīces kļūdu līdz gandrīz 1%.
Optiski mehānisks akselerometrs, kas spējnosaka atsauces masas pārvietojumus, kas ir mazāki par ūdeņraža atoma diametra simttūkstošdaļu, atklājot paātrinājumus līdz 32 ppb ag, kur g ir Zemes gravitācijas radītais paātrinājums. Tas ir augstāks jutīgums nekā jebkurš akselerometrs, kas pašlaik ir tirgū līdzīgs izmērs un joslas platums.
Ar turpmākiem uzlabojumiemNIST optomehānisko akselerometru varētu izmantot kā pārnēsājamu augstas precizitātes atskaites ierīci, lai kalibrētu citus akselerometrus bez nepieciešamības tos nogādāt laboratorijā.
Lasīt vairāk
Fiziķi ir izveidojuši melnā cauruma analogu un apstiprinājuši Hokinga teoriju. Kur tas ved?
Algoritms ir atklājis jaunu noslēpumainu slāni Zemes iekšienē
Saules dēļ Zemes atmosfēra zaudēs visu brīvo skābekli
Optikā frekvences ķemme ir lāzersavots, kura spektru veido virkne diskrētu, vienādi izvietotu frekvenču līniju. Frekvenču ķemme nodrošina tiešu saziņu no RF standartiem uz optiskajām frekvencēm. Mūsdienu frekvenču standarti, piemēram, atomu pulksteņi, darbojas spektra mikroviļņu apgabalā, un frekvenču ķemme nodrošina šādu pulksteņu precizitāti elektromagnētiskā spektra optiskajā daļā.