Op laserlicht gebaseerde versnellingsmeter

Een auto-airbag wordt geactiveerd dankzij een accelerometer - een sensor die plotselinge veranderingen in snelheid detecteert. Versnellingsmeters houden raketten en vliegtuigen op de juiste vliegroute, bieden navigatie voor zelfrijdende auto's en roteren afbeeldingen zodat ze rechtop blijven staan ​​op mobiele telefoons en tablets, naast andere essentiële taken.

Een team van onderzoekers heeft een millimeter dikke versnellingsmeter ontwikkeld die laserlicht gebruikt in plaats van mechanische belasting om een ​​signaal te produceren. Hoewel een paar andere versnellingsmeters ook op licht vertrouwen, maakt het ontwerp van het nieuwe instrument het meetproces eenvoudiger en levert het een hogere nauwkeurigheid op. Het werkt ook over een groter frequentiebereik en is strenger getest dan vergelijkbare apparaten.

De optomechanische versnellingsmeter is veel nauwkeuriger dan de beste commerciële versnellingsmeters en hoeft niet het tijdrovende proces van periodieke kalibraties te ondergaan. Omdat het instrument laserlicht met een bekende frequentie gebruikt om versnelling te meten, kan het uiteindelijk dienen als een draagbare referentiestandaard om andere versnellingsmeters die nu op de markt zijn te kalibreren, waardoor ze nauwkeuriger worden. De versnellingsmeter heeft ook het potentieel om traagheidsnavigatie te verbeteren in kritieke systemen zoals militaire vliegtuigen, satellieten en onderzeeërs, vooral wanneer er geen GPS-signaal beschikbaar is.

Het apparaat bestaat uit twee siliciumchips met infrarood laserlicht dat bij de onderste chip binnenkomt en bovenaan uitkomt. De bovenste chip bevat een proefmassa opgehangen aan siliciumbalken, waardoor de massa vrij op en neer kan bewegen als reactie op versnelling. Een gespiegelde coating op de proefmassa en een halfronde spiegel die aan de onderste chip is bevestigd, vormen een optische holte. De golflengte van het infraroodlicht is zo gekozen dat het bijna overeenkomt met de resonantiegolflengte van de holte, waardoor het licht in intensiteit kan opbouwen terwijl het vele malen heen en weer kaatst tussen de twee gespiegelde oppervlakken voordat het wordt verlaten. Wanneer het apparaat een versnelling ervaart, beweegt de proefmassa, waardoor de lengte van de holte verandert en de resonantiegolflengte verschuift. Hierdoor verandert de intensiteit van het gereflecteerde licht. Een optische uitlezing zet de verandering in intensiteit om in een versnellingsmeting.

De optomechanische versnellingsmeter detecteert versnellingen zo klein als 32 miljardste van een g, waarbij g de versnelling is als gevolg van de zwaartekracht van de aarde. Dat is een hogere gevoeligheid dan andere versnellingsmeters die nu op de markt zijn met vergelijkbare grootte en bandbreedte. Met verdere verbeteringen kan het apparaat worden gebruikt als een draagbaar, zeer nauwkeurig referentieapparaat om andere versnellingsmeters te kalibreren zonder ze naar een laboratorium te hoeven brengen.