Замислите да возите максималном брзином на путу са две траке. И одједном се појављује на десној страни
Ваздушни јастук се активира помоћуакцелерометар - сензор који детектује нагле промене брзине. Акцелерометри држе ракете и авионе на исправној путањи лета и обезбеђују навигацију за аутомобиле који се сами возе. Такође су уграђени у мобилне телефоне, таблете и е-читаче да би правилно приказали слике када корисник окрене уређај.
Истраживачи са Националног институтаСтандардс анд Тецхнологиес (НИСТ) је развио акцелерометар дебљине само милиметар. Користи ласерско светло уместо механичке деформације да генерише сигнал. Научници се надају да ће задовољити растућу потражњу за прецизним мерењима убрзања у малим навигационим системима и другим уређајима.
Иако и неки други акцелерометриослањајући се на светлост, дизајн НИСТ инструмента чини процес мерења лакшим и истовремено пружа већу прецизност. Поред тога, ради у ширем фреквентном опсегу и подвргнут је строжим тестирањима од сличних уређаја.
НИСТ уређај - оптомеханички акцелерометарне захтева дуготрајан периодични процес калибрације. У ствари, пошто инструмент користи ласерско светло познате фреквенције за мерење убрзања, он би на крају могао да послужи као преносива референца за калибрацију других акцелерометара који су тренутно на тржишту, чинећи их прецизнијим.
Акцелерометар ће такође побољшати инерцијалну навигацијуу критичним системима као што су војни авиони, сателити и подморнице, посебно када ГПС сигнал није доступан. Истраживачи НИСТ-а Јасон Горман, Тхомас ЛеБрун, Давид Лонг и њихове колеге описали су свој рад у часопису Оптица.
Акцелерометри, укључујући нови НИСТ уређај,бележите промене у брзини праћењем положаја масе која се слободно креће, која се назива „референтна маса“, у односу на фиксну референтну тачку унутар уређаја. Растојање између референтне масе и референтне тачке се мења само ако акцелерометар успорава, убрзава или мења правац. Исто важи и ако сте путник у аутомобилу. Ако аутомобил мирује или се креће константном брзином, растојање између особе и инструмент табле остаје непромењено. Али ако аутомобил изненада закочи, возач се баца напред и раздаљина између особе и контролне табле се смањује.
Кретање референтне масе ствара детектабилносигнал. Нови акцелерометар користи инфрацрвено светло за мерење промене растојања између две високо рефлектујуће површине које покривају малу површину празног простора. Контролна маса обешена на флексибилне греде једне петине ширине људске косе подржава једну од површина огледала. Друга рефлектујућа површина, која служи као фиксна референтна тачка за акцелерометар, састоји се од фиксног микроконкавног огледала.
Заједно, две рефлектујуће површине и празан просторпростор између њих формира шупљину у којој инфрацрвено светло жељене таласне дужине резонира или се рефлектује између огледала, повећавајући интензитет. Ова таласна дужина је одређена растојањем између два огледала, баш као што висина чупаве гитаре зависи од растојања између прага инструмента и моста. Ако се референтна маса помери као одговор на убрзање променом растојања између огледала, мења се и резонантна таласна дужина.
За праћење промена у резонантној дужинирезонаторски таласи високе осетљивости, стабилан једнофреквентни ласер је везан за резонатор. Научници су користили оптички фреквентни чешаљ за мерење дужине резонатора са великом прецизношћу. Ознаке лењира (зуби чешља) могу се сматрати низом ласера са једнако распоређеним таласним дужинама. Како се тестна маса креће током периода убрзања, скраћујући или продужавајући шупљину, интензитет рефлектоване светлости се мења како таласне дужине повезане са зупцима чешља улазе и излазе из резонанције са шупљином.
Тачна конверзија покрета контролемаса у убрзање је била проблематична у већини постојећих оптомеханичких акцелерометара. Међутим, нови дизајн уређаја осигурава да је динамички однос између померања референтне масе и убрзања једноставан и лак за моделирање користећи прве принципе физике. Једноставно речено, тестна маса и потпорне греде су дизајниране да се понашају као обична опруга или хармонијски осцилатор. Вибрира на једној фреквенцији унутар радног опсега акцелерометра.
Овај једноставан динамички одговор омогућио је научницимапостижу малу грешку мерења у широком опсегу фреквенција убрзања – од 1 до 20 килохерца – без потребе за калибрацијом уређаја. Ова карактеристика је јединствена по томе што сви комерцијални акцелерометри морају бити калибрисани, што је дуготрајно и скупо. Од објављивања своје студије у Оптици, истраживачи су направили неколико побољшања која би требало да смање грешку њиховог уређаја на скоро 1%.
Оптичко-механички акцелерометар способан задетектују померања референтне масе која су мања од стохиљадиног пречника атома водоника, детектујући убрзања до 32 ппб аг, где је г убрзање услед Земљине гравитације. Ово је већа осетљивост од било ког акцелерометра који је тренутно на тржишту сличне величине и пропусног опсега.
Са даљим побољшањимаНИСТ-ов оптомеханички акцелерометар могао би се користити као преносиви високопрецизни референтни уређај за калибрацију других акцелерометра без потребе да их носите у лабораторију.
Опширније
Физичари су створили аналог црне рупе и потврдили Хокингову теорију. Куда води?
Алгоритам је открио нови мистериозни слој унутар Земље
Због Сунца ће Земљина атмосфера изгубити сав слободан кисеоник
У оптици, чешаљ за фреквенције је ласеризвор чији се спектар састоји од низа дискретних, једнако распоређених фреквенцијских линија. Фреквенцијски чешаљ омогућава директну комуникацију од РФ стандарда до оптичких фреквенција. Савремени стандарди фреквенције, попут атомских сатова, делују у микроталасном подручју спектра, а чешаљ за фреквенцију доноси прецизност таквих сатова у оптички део електромагнетног спектра.