Лазерный акселерометр

Лазерный акселерометр — это акселерометр , который использует лазер для измерения изменений скорости/направления.

Механизм

Он использует фрейм с тремя ортогональными входными осями и несколькими контрольными массами . Каждая контрольная масса имеет заранее определенную заглушку. Гибкая балка поддерживает каждую контрольную массу. Гибкая балка позволяет перемещать контрольную массу вокруг своей оси. ^[1]

Лазерный источник света обеспечивает луч света. Лазерный источник имеет поперечную характеристику поля с центральной областью нулевой интенсивности. Зеркало на передает луч света детектор. Детектор расположен по центру светового луча и реагирует на интенсивность света, выдавая сигнал интенсивности. Величина сигнала связана с интенсивностью светового луча.

Поверхность гашения контрольной массы расположена в центре и перпендикулярно области нулевой интенсивности светового луча, чтобы обеспечить повышенное гашение светового луча в ответ на поперечное перемещение массы на входной оси.

В ответ на ускорение в направлении входной оси контрольная масса отклоняет луч и перемещает закрывающую поверхность в направлении, поперечном световому лучу, чтобы частично заслонить световой луч. Устройство управления реагирует на сигнал интенсивности, применяя возвращающую силу для возврата контрольной массы в центральное положение, и выдает выходной сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе.

Приложения

Акселерометры добавляются ко многим устройствам, включая (умные) часы, телефоны и транспортные средства всех видов. Акселерометры, ориентированные вертикально, функционируют как гравиметры , полезные при добыче полезных ископаемых. ^[2] Другие приложения включают медицинскую диагностику и спутниковые измерения для изучения изменения климата . ^[1]

Лазеры

Базовые лазеры работают в диапазоне частот (ширине линии) около 500 МГц . Диапазон расширяется из-за небольших изменений температуры и вибраций, а также из-за несовершенства резонатора лазера. Ширина линии специализированного научного лазера приближается к 1 мГц . ^[2]

История

2021

Был анонсирован акселерометр, который использовал инфракрасный свет для измерения изменения расстояния между двумя микрозеркалами в резонаторе Фабри-Перо. Контрольная масса представляет собой монокристалл кремния массой 10–20 мг, подвешенный к первому зеркалу с помощью гибкого нитрида кремния толщиной 1,5 мкм ( Si
₃ Н
₄ ) балки. Подвеска позволяет контрольной массе свободно перемещаться с почти идеальным поступательным движением. Второе (вогнутое) зеркало действует как фиксированная точка отсчета. Свет определенной частоты резонирует – отражается вперед и назад – между двумя зеркалами в резонаторе, увеличивая его интенсивность, в то время как другие частоты отбрасываются. При ускорении перемещение пробной массы относительно вогнутого зеркала изменяет интенсивность отраженного света. Изменение интенсивности измеряется одночастотным лазером, который соответствует резонансной частоте полости . Устройство может обнаруживать смещения менее 1 фемтометра (10 ⁻¹⁵ м) и обнаруживать ускорения всего 3,2 × 10-8 g ( ускорение силы тяжести Земли) с погрешностью менее 1%. ^[1]

Анонсирован акселерометр с шириной линии 20 Гц. Акселерометр SolsTiS имеет сапфировую полость, легированную титаном, форма которой обеспечивает узкую ширину линии и быстро рассеивает отходящее тепло. Устройство использует волновые качества атомов. Лазер разделен на несколько лучей. Один луч попадает в рассеянный газообразный рубидий, охлажденный примерно до 10°С. ⁻⁷ К. Эта температура достигается за счет использования доплеровского охлаждения шестью лучами для замедления/охлаждения атомов. Атомы разделились на две квантовые волны . Второй импульс обращает раскол вспять, а третий позволяет им интерферировать друг с другом, создавая интерференционную картину, отражающую ускорение, которому подверглись волны при разделении. Другой лазерный импульс обнаруживает интерференционные картины в различных атомах, которые отражают величину ускорения. Лазерные акселерометры военного уровня дрейфуют (накапливают ошибки со скоростью) километров в день. Новые устройства сокращают занос до 2 км в месяц. ^[2]

См. также

Список лазерных статей

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Дюме, Изабель (10 апреля 2021 г.). «Чувствительность акселерометра увеличена с помощью лазера» . Мир физики . Проверено 12 июня 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Квантовые странности помогают создавать более совершенные акселерометры» . Экономист . 12.06.2021. ISSN 0013-0613 . Проверено 12 июня 2021 г.

Внешние ссылки

Мелкумян, Баграт В. (21 августа 2001 г.). Лазерный акселерометр для наведения и навигации . Обнаружение, отслеживание и наведение XV. Том. 4365. Международное общество оптики и фотоники. стр. 206–213. дои : 10.1117/12.438048 .

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с Дюме, Изабель (10 апреля 2021 г.). «Чувствительность акселерометра увеличена с помощью лазера» . Мир физики . Проверено 12 июня 2021 г.

[:0-2] Jump up to: ^а ^б ^с «Квантовые странности помогают создавать более совершенные акселерометры» . Экономист . 12.06.2021. ISSN 0013-0613 . Проверено 12 июня 2021 г.

[1]

[2]