Geresnis pagreičio matavimo būdas – akselerometras Mažas, naudoja lazerio šviesą signalui generuoti.

Optinio akselerometro, kuris naudoja šviesą pagreičiui matuoti, iliustracija. NIST prietaisą sudaro dvi silicio mikroschemos, kurių infraraudonųjų spindulių lazerio šviesa patenka į apatinę mikroschemą ir išeina iš viršaus. Viršutinėje mikroschemoje yra silicio pluošto pakabinta masė, leidžianti masei laisvai judėti aukštyn ir žemyn, reaguojant į pagreitį. Stiklinė danga ant nepatvirtintos masės ir pusapvalis stiklas, pritvirtintas prie apatinės drožlės, sukuria lengvą skylę. Infraraudonųjų spindulių šviesos bangos ilgis parenkamas taip, kad jis beveik atitiktų ertmės rezonanso bangos ilgį, leidžiant šviesai generuoti intensyvumą, kai ji prieš išeidama kelis kartus atsimuša tarp dviejų atspindėtų paviršių. Kai prietaisas patiria pagreitį, įrodymų masė juda, keičiasi ertmės ilgis ir keičiasi rezonanso bangos ilgis. Tai pakeis atspindėtos šviesos intensyvumą. Optinis rodmuo paverčia intensyvumo pokytį pagreičio matu.Kreditas: F.Zhou / NIST

Jūs leidžiate greitį dviejų juostų kelyje, kai tankas palieka kelią dešinėje. Paspaudžiate stabdžius ir per sekundę per smūgį oro pagalvės išsipučia, taip sutaupydami nuo sunkių ar net mirtinų sužalojimų.

Oro pagalvės išsidėsčiusios su akselerometru – jutikliu, kuris nustato staigius greičio pokyčius. Akselerometras palaiko raketas ir lėktuvus tikslia skrydžio trajektorija, teikia navigaciją savaeigiams automobiliams ir be kitų pagrindinių užduočių pasuka juos tiesiai mobiliuosiuose telefonuose ir planšetiniuose kompiuteriuose.

Nacionalinio standartų ir technologijos instituto (NIST) mokslininkai tenkina didėjantį tikslių pagreičio matavimų poreikį mažose navigacijos sistemose ir kituose įrenginiuose. Pagreitis yra tik milimetro storio, o signalo generavimui naudojamas lazerio spindulys, o ne mechaninis įtempis.

Nors keletas kitų akselerometrų priklauso nuo šviesos. Tačiau dėl NIST prietaiso matavimo procesas tampa paprastesnis. TeisingumasJis taip pat veikia platesniu dažnių diapazonu ir yra griežčiau išbandytas nei panašūs įtaisai.

NIST prietaisas, dar vadinamas optiniu akselerometru, yra tikslesnis nei geriausi komerciniai akselerometrai. Tačiau nereikia ir daug laiko reikalaujančio kalibravimo proceso. Tiesą sakant, kadangi prietaisas pagreičiui matuoti naudoja lazerį, kurio dažnis yra žinomas, jis galiausiai gali būti naudojamas kaip nešiojamas etaloninis standartas, norint kalibruoti kitus dabar rinkoje esančius akselerometrus ir padaryti jį tikslesnį.

Akselerometrai taip pat gali pagerinti inercinę navigaciją kritinėse sistemose, tokiose kaip kariniai orlaiviai, palydovai ir povandeniniai laivai, ypač kai nėra GPS signalo, NIST tyrėjai Jason Gorman, Thomas LeBrun, David Long ir jų kolegos. Jis aprašo savo darbą žurnalas. Optinis.

Tyrimas yra „NIST on a Chip“ dalis – programa, suteikianti institucijos pažangiausias matavimo mokslo technologijas ir kompetenciją tiesiogiai komercijos, medicinos, gynybos ir švietimo vartotojams.

Akselerometrai Naujasis NIST prietaisas taip pat fiksuoja greičio pokyčius, savarankiškai stebėdamas judančios masės padėtį, pavadintą „įrodymų mase“, palyginti su fiksuotu prietaiso atskaitos tašku. Atstumas tarp bandomosios masės ir atskaitos taško keičiasi tik tada, kai akselerometras sulėtėja, padidina greitį ar keičia kryptį. Tas pats taikoma ir tuo atveju, jei esate automobilio keleivis. Jei automobilis sustoja ar juda pastoviu greičiu, atstumas tarp jūsų ir prietaisų skydelio išlieka toks pats. Bet jei automobilis staiga stabdys, jūs atsimušite į priekį ir sumažės atstumas tarp jūsų ir prietaisų skydelio.

Dėl įrodymų masės judėjimo gaunamas aptinkamas signalas. NIST tyrėjų sukurti akcelerometrai, remdamiesi infraraudonuoju spinduliu, matuoja atstumo pokytį tarp dviejų labai atspindinčių paviršių su maža laisva erdve. Nepatvirtinta masė yra pakabinama elastinga sija, penktadaliu žmogaus plaukų pločio, kad būtų galima laisvai judėti, palaikant vieną iš veidrodinių paviršių. Kiti atspindintys paviršiai, kurie yra pastovus akselerometro atskaitos taškas, yra įgaubtas, nejudamas mikropluošto stiklas.

Tiek atspindintys paviršiai, tiek tarpas tarp jų sudaro ertmę, kurioje tarp veidrodžių gali atsispindėti arba atsispindėti atitinkamo bangos ilgio infraraudonoji šviesa, sukuriant intensyvumą. Bangos ilgis nustatomas pagal atstumą tarp veidrodžių, o nuplėštos gitaros atstumas priklauso nuo atstumo tarp feto ir instrumento tilto. Jei bandomoji masė juda greitėjant, atstumas tarp veidrodžių taip pat keičia rezonanso bangos ilgius.

Norėdami stebėti ertmės rezonanso bangos ilgio pokyčius su dideliu jautrumu, į ertmę užfiksuojamas stabilus vieno dažnio lazeris. Kaip aprašyta neseniai paskelbtame leidinyje Lęšio raidėsTyrėjai taip pat naudojo šviesos dažnio šukas, prietaisą, kurį galima naudoti kaip liniuotę, kad būtų galima išmatuoti šviesos bangos ilgį ir tiksliai išmatuoti ertmės ilgį. Liniuotės žymes (šukos dantis) galima laikyti keliais lazerių rinkiniais, kurių bangos ilgis yra vienas nuo kito. Kai tikrinamoji masė juda per pagreičio laikotarpį, sutrumpindama arba pailgindama ertmę, atspindimos šviesos intensyvumas keičiasi, kai bangos ilgis, susijęs su šukos dantimis, juda ir išeina iš atspindžio prieš ertmę.

Tikslaus masės poslinkio pavertimas pagreičiu yra problemiškas kritinis žingsnis daugelyje esamų mechaninių akselerometrų. Naujas komandos dizainas užtikrina, kad dinamiškas santykis tarp įrodyto masės poslinkio ir pagreičio yra paprastas ir lengvai modeliuojamas vadovaujantis pirmaisiais fizikos principais. Trumpai tariant, įrodomoji masė ir atraminis pluoštas yra suprojektuoti veikti kaip įprastas spyruoklinis arba harmoninis osciliatorius, svyruojantis vienu dažniu akselerometro veikimo diapazone.

Šis paprastas dinaminis atsakas leidžia mokslininkams pasiekti mažą matavimo neapibrėžtį plačiu pagreičio dažnių diapazonu – nuo 1 kHz iki 20 kHz – be įrangos kalibravimo. Ši funkcija yra unikali, nes visi komerciniai akselerometrai turi būti sukalibruoti, o tai užima daug laiko ir brangu. Nuo tyrimo rezultatų paskelbimo 2008 m. Prof OptinisMokslininkai atliko keletą patobulinimų, kurie turėtų sumažinti prietaiso nestabilumą beveik 1%.

Galima nustatyti tikrąją masės difuziją, kurios skersmuo yra mažesnis nei viena tūkstantoji vandenilio dalis. atomasOptinis akselerometras nustato net 32 ​​milijardų ag pagreitį, kur g yra žemės gravitacinis pagreitis. Tai daug didesnis jautrumas nei visi rinkoje esantys panašaus dydžio ir pralaidumo akselerometrai.

Su tolesniais patobulinimais NIST optiniai akselerometrai gali būti naudojami kaip labai tikslus nešiojamas atskaitos prietaisas, norint kalibruoti kitus akselerometrus be importo į laboratoriją.

kreiptis:

Feng Zhou, Yiliang Bao, Ramgopal Madugani, David A. Long, Jason J. Gorman ir Thomas W. LeBrun „Plačiajuosčio šilumos aptikimas optiniais akselerometrais“, 2021 m. Kovo 9 d. Optinis.
DOI: 10.1364 / OPTICA.413117

DA Longo, BJ Reschovsky, F. Zhou, Y. Bao, TW LeBruno ir JJ Gormano „Galios dažnio šukos greitam tuščiavidurės optometrijos tyrimui“, 2021 m. Sausio 29 d., Galima rasti čia. „Optica“ šriftas.
DOI: 10.1364 / OL.405299

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.