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基于激光的加速度计

汽车安全气囊的展开要归功于加速度计——一种检测速度突然变化的传感器。加速度计使火箭和飞机保持在正确的飞行路径上,为自动驾驶汽车提供导航,并旋转图像以使它们在手机和平​​板电脑上保持正面朝上,以及其他基本任务。

一组研究人员开发了一种毫米厚的加速度计,它使用激光而不是机械应变来产生信号。尽管其他一些加速度计也依赖于光,但新仪器的设计使测量过程更加简单,提供了更高的精度。它还可以在更大的频率范围内工作,并且经过了比类似设备更严格的测试。

光机械加速度计比最好的商业加速度计要精确得多,并且不需要进行耗时的定期校准过程。事实上,由于该仪器使用已知频率的激光来测量加速度,它最终可能作为便携式参考标准来校准目前市场上的其他加速度计,使其更加准确。加速度计还具有改善军用飞机、卫星和潜艇等关键系统的惯性导航的潜力,尤其是在没有 GPS 信号的情况下。

该设备由两个硅芯片组成,红外激光从底部芯片进入并从顶部退出。顶部芯片包含一个由硅梁悬挂的质量块,该质量块可以响应加速度自由上下移动。质量块上的镜面涂层和连接到底部芯片的半球形镜形成光学腔。选择红外光的波长,使其几乎与腔体的共振波长匹配,从而使光在两个镜面之间来回反射多次后射出时增强强度。当设备经历加速度时,质量块移动,改变腔的长度并改变谐振波长。这会改变反射光的强度。光学读数器将强度的变化转换为加速度的测量值。

光机械加速度计可检测到小至 32 亿分之一 g 的加速度,其中 g 是地球重力引起的加速度。这比目前市场上具有类似尺寸和带宽的其他加速度计具有更高的灵敏度。通过进一步改进,该设备可以用作便携式、高精度参考设备,以校准其他加速度计,而无需将它们带入实验室。


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