Лазера акселерометр является акселерометром , который использует лазер для измерения изменений в скорости / направлении.
Механизм
В нем используется рама с тремя ортогональными входными осями и несколькими контрольными массами . Каждая пробная масса имеет заданную поверхность гашения. Гибкая балка поддерживает каждую контрольную массу. Гибкая балка позволяет перемещать контрольную массу вокруг своей оси. [1]
Источник лазерного света обеспечивает световой луч. Лазерный источник имеет поперечную характеристику поля с центральной областью нулевой интенсивности. Зеркало передает луч света на детектор. Детектор расположен по центру светового луча и реагирует на интенсивность света, обеспечивая сигнал интенсивности. Величина сигнала связана с интенсивностью светового луча.
Поверхность гашения контрольной массы расположена по центру 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 поверхность глушения в направлении, поперечном лучу света, чтобы частично блокировать луч света. Орган управления реагирует на сигнал интенсивности, прикладывая восстанавливающую силу для восстановления контрольной массы в центральном положении, и выдает выходной сигнал, пропорциональный возвращающей силе.
Приложения
Акселерометры добавляются ко многим устройствам, включая (умные) часы, телефоны и автомобили всех типов. Акселерометры, ориентированные вертикально, работают как гравиметры , полезные для добычи полезных ископаемых. [2] Другие приложения включают медицинскую диагностику и спутниковые измерения для изучения изменения климата . [1]
Лазеры
Базовые лазеры работают в частотном диапазоне (ширине линии) около 500 мГц . Диапазон расширяется за счет небольших изменений температуры и вибраций, а также из-за несовершенства резонатора лазера. Ширина линии специализированного научного лазера приближается к 1 м Гц. [2]
История
2021 г.
Был объявлен акселерометр, использующий инфракрасный свет для измерения изменения расстояния между двумя микрозеркалами в резонаторе Фабри – Перо. Пробная масса представляет собой монокристалл кремния массой 10-20 мг, подвешенный к первому зеркалу с помощью гибкого нитрида кремния толщиной 1,5 мкм ( Si
3N
4) балки. Подвеска позволяет испытательной массе свободно перемещаться с почти идеальным поступательным движением. Второе (совмещенное) зеркало действует как фиксированная точка отсчета. Свет определенной частоты резонирует - отражается взад и вперед - между двумя зеркалами в полости, увеличивая свою интенсивность, в то время как другие частоты отбрасываются. Смещение контрольной массы относительно вогнутого зеркала при ускорении 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 ускорение до 3,2 × 10-8 g ( ускорение из-за Гравитация Земли) с погрешностью менее 1%. [1]
Анонсирован акселерометр с шириной линии 20 Гц. Акселерометр SolsTiS имеет полость из сапфира, легированного титаном, форма которого способствует уменьшению ширины линии и быстрому отводу отработанного тепла. Устройство использует волновые качества атомов. Лазер разделен на несколько лучей. Один луч попадает в диффузный газ рубидий, охлажденный до температуры примерно 10 -7 К. Эта температура достигается за счет использования доплеровского охлаждения шестью лучами для замедления / охлаждения атомов. Атомы расщепляются на две квантовые волны . Второй импульс меняет расщепление, а третий позволяет им мешать друг другу, создавая интерференционную картину, которая отражает ускорение, которое волны испытывали 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 снижают дрейф до 2 км в месяц. [2]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b c Дюме, Изабель (10 апреля 2021 г.). «Чувствительность акселерометра становится лазерной» . Мир физики . Проверено 12 июня 2021 .
- ^ а б в «Квантовая странность помогает разрабатывать более совершенные акселерометры» . Экономист . 2021-06-12. ISSN 0013-0613 . Проверено 12 июня 2021 .
Внешние ссылки
- Мелкумян, Баграт В. (21.08.2001). «Лазерный акселерометр для наведения и навигации» . Приобретение, отслеживание и наведение XV . Международное общество оптики и фотоники. 4365 : 206–213. DOI : 10.1117 / 12.438048 .