İki şeritli bir yolda son hızla gittiğinizi hayal edin. Ve aniden sağda beliriyor
Hava yastığı şu şekilde etkinleştirilir:ivmeölçer - hızdaki ani değişiklikleri algılayan bir sensör. İvmeölçerler roketleri ve uçakları doğru uçuş yolunda tutar ve sürücüsüz araçlar için navigasyon sağlar. Ayrıca, kullanıcı cihazı çevirdiğinde görüntülerin doğru şekilde görüntülenmesi için cep telefonları, tabletler ve e-okuyucularda da yerleşik olarak bulunurlar.
Ulusal Enstitü'den araştırmacılarStandartlar ve Teknolojiler (NIST), yalnızca milimetre kalınlığında bir ivmeölçer geliştirdi. Sinyal üretmek için mekanik deformasyon yerine lazer ışığını kullanır. Bilim insanları, küçük navigasyon sistemlerinde ve diğer cihazlarda doğru ivme ölçümlerine yönelik artan talebi karşılamayı umuyor.
Her ne kadar diğer bazı ivmeölçerler deIşığa güvenen NIST cihazının tasarımı, ölçüm sürecini kolaylaştırırken daha fazla doğruluk sağlar. Ayrıca daha geniş bir frekans aralığında çalışır ve benzer cihazlara göre daha sıkı testlerden geçmiştir.
NIST cihazı - optomekanik ivmeölçeruzun bir periyodik kalibrasyon işlemi gerektirmez. Aslında cihaz, ivmeyi ölçmek için bilinen bir frekanstaki lazer ışığını kullandığından, halihazırda piyasada bulunan diğer ivmeölçerlerin kalibre edilmesi için taşınabilir bir referans görevi görebilir ve onları daha doğru hale getirebilir.
İvmeölçer aynı zamanda atalet navigasyonunu da geliştirecekaskeri uçak, uydu ve denizaltı gibi kritik sistemlerde, özellikle GPS sinyalinin bulunmadığı durumlarda. NIST araştırmacıları Jason Gorman, Thomas LeBrun, David Long ve meslektaşları çalışmalarını Optica dergisinde anlattılar.
Yeni NIST cihazı da dahil olmak üzere ivmeölçerler,Cihaz içindeki sabit bir referans noktasına göre "referans kütlesi" adı verilen serbestçe hareket eden bir kütlenin konumunu izleyerek hızdaki değişiklikleri kaydeder. Kontrol kütlesi ile kontrol noktası arasındaki mesafe yalnızca ivmeölçerin yavaşlaması, hızlanması veya yön değiştirmesi durumunda değişir. Aynı şey arabada yolcuysanız da geçerlidir. Araç sabitse veya sabit hızla hareket ediyorsa kişi ile ön panel arasındaki mesafe değişmeden kalır. Ancak araç aniden fren yaparsa sürücü öne doğru savrulur ve kişi ile gösterge paneli arasındaki mesafe azalır.
Referans kütlesinin hareketi tespit edilebilir bir etki yaratır.sinyal. Yeni ivmeölçer, küçük bir boş alanı kaplayan yüksek derecede yansıtıcı iki yüzey arasındaki mesafedeki değişimi ölçmek için kızılötesi ışık kullanıyor. İnsan saçının beşte biri genişliğindeki esnek kirişlere asılan bir kontrol kütlesi, ayna yüzeylerinden birini destekliyor. İvmeölçer için sabit bir referans noktası görevi gören diğer yansıtıcı yüzey ise sabit bir mikro içbükey aynadan oluşur.
Birlikte, iki yansıtıcı yüzey ve bir boşlukaralarındaki boşluk, istenen dalga boyundaki kızılötesi ışığın aynalar arasında rezonansa girdiği veya yansıttığı ve yoğunluğu artıran bir boşluk oluşturur. Bu dalga boyu, tıpkı koparılmış bir gitarın perdesinin enstrümanın perdesi ile köprü arasındaki mesafeye bağlı olması gibi, iki ayna arasındaki mesafeyle belirlenir. Referans kütle aynalar arasındaki mesafeyi değiştirerek ivmeye yanıt olarak hareket ederse, rezonans dalga boyu da değişir.
Rezonans uzunluğundaki değişiklikleri izlemek içinRezonatör dalgaları yüksek hassasiyete sahip, kararlı tek frekanslı lazer rezonatöre bağlanır. Bilim adamları rezonatörün uzunluğunu yüksek doğrulukla ölçmek için bir optik frekans tarağı kullandılar. Cetvel işaretleri (tarak dişleri), eşit aralıklı dalga boylarına sahip bir dizi lazer olarak düşünülebilir. Test kütlesi hızlanma periyodu sırasında hareket ettikçe, kaviteyi kısaltırken veya uzatırken, tarak dişleriyle ilişkili dalga boyları kaviteyle rezonansa girip çıktıkça yansıyan ışığın yoğunluğu değişir.
Kontrol hareketinin doğru dönüşümüKütlenin ivmeye dönüştürülmesi, mevcut optomekanik ivmeölçerlerin çoğunda sorunlu olmuştur. Ancak cihazın yeni tasarımı, referans kütle yer değiştirmesi ile ivme arasındaki dinamik ilişkinin basit ve fiziğin ilk ilkelerini kullanarak modellenmesinin kolay olmasını sağlar. Basitçe söylemek gerekirse, test kütlesi ve destek kirişleri basit bir yay veya harmonik osilatör gibi davranacak şekilde tasarlanmıştır. İvmeölçerin çalışma aralığı dahilinde bir frekansta titreşir.
Bu basit dinamik yanıt, bilim adamlarınınCihazı kalibre etmeye gerek kalmadan, 1'den 20 kilohertz'e kadar geniş bir hızlanma frekansı aralığında düşük ölçüm hatası elde edin. Bu özellik, zaman alıcı ve pahalı olan tüm ticari ivmeölçerlerin kalibre edilmesi gerektiğinden benzersizdir. Araştırmalarını Optica'da yayınladıklarından bu yana araştırmacılar, cihazlarının hatasını neredeyse %1'e düşürecek çeşitli iyileştirmeler yaptılar.
Optik-mekanik ivmeölçerBir hidrojen atomunun çapının yüz binde birinden daha az olan bir referans kütlesinin yer değiştirmelerini tespit ederek 32 milyar parça ag'ye kadar olan ivmeleri tespit eder; burada g, Dünya'nın yerçekiminden kaynaklanan ivmedir. Bu, şu anda piyasada bulunan benzer boyut ve bant genişliğine sahip herhangi bir ivmeölçerden daha yüksek bir hassasiyettir.
Daha fazla iyileştirme ileNIST'in optomekanik ivmeölçeri, diğer ivmeölçerleri laboratuvara getirmek zorunda kalmadan kalibre etmek için taşınabilir yüksek hassasiyetli bir referans cihazı olarak kullanılabilir.
Daha fazla oku
Fizikçiler bir kara deliğin benzerini yarattılar ve Hawking'in teorisini doğruladılar. Nereye götürür?
Algoritma, Dünya'nın içinde yeni bir gizemli katman keşfetti
Güneş yüzünden, Dünya'nın atmosferi tüm serbest oksijeni kaybedecek
Optikte, bir frekans tarağı bir lazerdirspektrumu bir dizi ayrık, eşit aralıklı frekans hatlarından oluşan bir kaynak Frekans tarağı, RF standartlarından optik frekanslara doğrudan iletişime izin verir. Atomik saatler gibi modern frekans standartları, spektrumun mikrodalga bölgesinde çalışır ve frekans tarağı, bu tür saatlerin hassasiyetini elektromanyetik spektrumun optik kısmına getirir.