Revolutionaire Laser-gebaseerde Versnellingsmeter: Ultra-dun, Ultra-precies Bewegingssensor

Optomechanische Versnellingsmeter met Laserlicht voor Hogere Nauwkeurigheid dan Commerciële Alternatieven

Een automobile airbag klapt open dankzij een versnellingsmeter – een sensor die plotselinge veranderingen in snelheid detecteert. Versnellingsmeters houden raketten en vliegtuigen op het juiste vliegpad, bieden navigatie voor zelfrijdende auto's, en roteren afbeeldingen zodat ze rechtop blijven op smartphones en tablets, onder andere essentiële taken.

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

Voordelen en Toepassingen

De optomechanische versnellingsmeter is veel preciezer dan de beste commerciële versnellingsmeters en hoeft niet de tijdrovende procedure van periodieke kalibraties te doorlopen. In feite, omdat het instrument laserlicht van een bekende frequentie gebruikt om versnelling te meten, kan het uiteindelijk dienen als een draagbare referentie-standaard om andere versnellingsmeters op de markt te kalibreren, wat ze nauwkeuriger maakt. De versnellingsmeter heeft ook het potentieel om inertiële navigatie in dergelijke kritische systemen als militair vliegtuigen, satellieten en onderzeeboten te verbeteren, vooral wanneer een GPS-signaal niet beschikbaar is.

Werkingsprincipe

Het apparaat bestaat uit twee silicium chips met infrarood laserlicht dat bij de onderste chip binnenkomt en bij de bovenste chip uitgaat. De bovenste chip bevat een bewijsmassa opgehangen door silicium balken, wat de massa in staat stelt om vrij op en neer te bewegen als reactie op versnelling. Een gespiegeld coating op de bewijsmassa en een halfbolvormige spiegel bevestigd aan de onderste chip vormen een optische cavity. De golflengte van het infrarood licht is gekozen zodat het bijna overeenkomt met de resonante golflengte van de cavity, wat het licht in staat stelt om in intensiteit op te bouwen als het heen en weer kaatst tussen de twee gespiegelde oppervlakken veel keren voordat het uitgaat. Wanneer het apparaat een versnelling ervaart, beweegt de bewijsmassa, wat de lengte van de cavity verandert en de resonante golflengte verschuift. Dit verandert de intensiteit van het gereflecteerde licht. Een optische uitleesing converteert de verandering in intensiteit naar een meting van versnelling.

De optomechanische versnellingsmeter detecteert versnellingen zo klein als 32 miljardste van een g, waar g de versnelling is door de aardse zwaartekracht. Dat is een hogere gevoeligheid dan andere versnellingsmeters nu op de markt met vergelijkbare grootte en bandbreedte. Met verdere verbeteringen kan het apparaat gebruikt worden als een draagbare, hoge-nauwkeurigheid referentie-apparaat om andere versnellingsmeters te kalibreren zonder ze in een laboratorium te hoeven brengen.