Sirutason kiihtyvyysmittaus vailla vertaa

National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijat ovat kehittäneet kiihtyvyysanturin, joka on vain millimetrin paksuinen ja käyttää signaalin tuottamiseen laservaloa mekaanisen rasituksen sijasta.

Vaikka muutama muu kiihtyvyysmittari luottaa myös valoon, NIST-instrumentin suunnitelma tekee mittausprosessista suoraviivaisemman ja antaa paremman tarkkuuden. Se toimii myös suuremmalla taajuusalueella ja sitä on testattu tarkemmin kuin vastaavia laitteita.

Uusi optomekaaninen kiihtyvyysanturi on paljon tarkempi kuin parhaat kaupalliset kiihtyvyysmittarit, eikä sen tarvitse käydä läpi aikaa vievää säännöllisten kalibrointien prosessia. Itse asiassa, koska laite käyttää tunnetun taajuuden laservaloa kiihtyvyyden mittaamiseen, se voi lopulta toimia kannettavana vertailustandardina muiden markkinoilla olevien kiihtyvyysmittarien kalibroimiseksi.

Kiihtyvyysanturilla on myös potentiaalia parantaa inertianavigointia kriittisissä järjestelmissä, kuten sotilaslentokoneissa, satelliiteissa ja sukellusveneissä, varsinkin jos GPS-signaalia ei ole saatavilla.

Kehitetty kiihtyvyysanturi käyttää infrapunavaloa mitatakseen kahden erittäin heijastavan pinnan välistä muutosta. Toinen peilipinta on vapaasti liikkuvassa todistemassassa ja kiinteä vertailupiste on kovera peili. Yhdessä ne ja niiden välinen tyhjä tila muodostavat ontelon, jossa juuri oikean aallonpituinen infrapunavalo voi resonoida. Todistemassan liike muuttaa resonanssin aallonpituutta.

Ontelon resonanssiaallonpituuden muutosten seuraamiseksi suurella herkkyydellä vakaa yksitaajuinen laser on lukittu onteloon. Lisäksi tutkijat ovat käyttäneet optista taajuuskampaa ontelon pituuden mittaamiseksi suurella tarkkuudella.

Todistemassan siirtymän muuttaminen tarkasti kiihtyvyydeksi on kriittinen vaihe, joka on ollut ongelmallista useimmissa optomekaanisissa kiihtyvyysantureissa. Ryhmän uusi suunnitelma varmistaa kuitenkin, että todistemassan siirtymän ja kiihtyvyyden välinen dynaaminen suhde on yksinkertainen ja helppo mallintaa fysiikan perimmäisten periaatteiden avulla. Tämän yksinkertaisen dynaamisen vasteen ansiosta tutkijat saivat vähäisen mittausepävarmuuden laajalla kiihdytystaajuusalueella 1 - 20 kilohertsiä, tarvitsematta koskaan kalibroida laitetta.

Uudenlainen optomekaaninen kiihtyvyysanturi pystyy havaitsemaan todistemassan siirtymät, jotka ovat pienempiä kuin sadastuhannesosa vetyatomin halkaisijasta ja havaitsee jopa 32 miljardisosan g:n kiihtyvyyden, missä g on maapallon painovoiman aiheuttama kiihtyvyys.

Se on suurempi herkkyys kuin kaikilla markkinoilla olevilla vastaavilla kiihtyvyysantureilla. Lisäparannusten avulla NIST:n kiihtyvyysanturia voidaan käyttää kannettavana, erittäin tarkkana vertailulaitteena muiden kiihtyvyysmittareiden kalibroimiseksi tarvitsematta viedä niitä laboratorioon. Aiheesta aiemmin:

Kvanttitunnelointi siirtää omavoimaisten antureiden rajoja

Kvanttikompassi mahdollistaa navigoinnin ilman satelliitteja