革命性激光加速度计:超薄、超精密运动传感器
汽车安全气囊弹出靠加速度计——检测速度突变的传感器。加速度计让火箭飞机保持正确飞行路径、为自动驾驶车提供导航、让手机平板图像自动旋转正向,扮演诸多关键角色。
研究团队开发出一款厚度仅 1 毫米的加速度计,用激光光而非机械应变产生信号。虽有其他几款加速度计也依赖光,但新仪器设计使测量过程更直接,提供更高精度。还能在更宽频率范围工作,并比同类设备经过更严格测试。
光机械加速度计比最好的商用加速度计精确得多,无需耗时的定期校准。事实上,因仪器用已知频率激光测量加速度,最终可作为便携参考标准校准市场上其他加速度计,使其更精确。加速度计还有潜力改进军用飞机、卫星、潜艇等关键系统的惯性导航,特别是 GPS 信号不可用时。
器件由两片硅芯片组成,红外激光从底芯片进入、从顶芯片射出。顶芯片含悬浮于硅梁上的验证质量块,使其自由上下移动响应加速度。验证质量块镀膜镜面、底芯片连接半球镜形成光学腔。红外光波长选取近似匹配腔共振波长,使光在两镜面间多次反射强度累积后射出。装置经加速度时,验证质量块移动改变腔长、偏移共振波长,改变反射光强度。光学读出将强度变化转为加速度测量值。
光机械加速度计可检测低至 320 亿分之 1 g 的加速度(g 为地球重力加速度)。这比市场上同尺寸带宽加速度计灵敏度更高。进一步改进后,设备可作便携高精度参考装置,无需带入实验室即可校准其他加速度计。
传感器