Accelerometro laser - Laser accelerometer

Un accelerometro laser è un accelerometro che utilizza un laser per misurare i cambiamenti di velocità/direzione.

Meccanismo

Impiega un telaio con tre assi di ingresso ortogonali e più masse di prova . Ogni massa di prova ha una superficie di soppressione predeterminata. Un raggio flessibile supporta ogni massa di prova. La trave flessibile consente il movimento della massa di prova sul proprio asse.

Una sorgente di luce laser fornisce un raggio di luce. La sorgente laser ha una caratteristica di campo trasversale con una regione centrale di intensità nulla. Uno specchio trasmette un raggio di luce a un rilevatore. Il rilevatore è posizionato per essere centrato sul raggio luminoso e risponde all'intensità della luce per fornire un segnale di intensità. L'ampiezza del segnale è correlata all'intensità del raggio luminoso.

La superficie di soppressione della massa di prova è posizionata centralmente all'interno e normale alla regione di intensità nulla del raggio di luce per fornire una soppressione aumentata del raggio di luce in risposta al movimento trasversale della massa sull'asse di ingresso.

In risposta all'accelerazione nella direzione dell'asse di ingresso, la massa di prova devia il raggio e sposta la superficie di soppressione in una direzione trasversale al raggio di luce per sopprimere parzialmente il raggio di luce. Un controllo risponde al segnale di intensità per applicare una forza di ripristino per ripristinare la massa di prova in una posizione centrale e fornisce un segnale di uscita proporzionale alla forza di ripristino.

Applicazioni

Gli accelerometri vengono aggiunti a molti dispositivi, inclusi orologi (intelligenti), telefoni e veicoli di ogni tipo. Gli accelerometri orientati verticalmente funzionano come gravimetri , utili per l'estrazione mineraria. Altre applicazioni includono la diagnostica medica e le misurazioni satellitari per gli studi sui cambiamenti climatici .

laser

I laser di base funzionano con una gamma di frequenza (larghezza della linea) di circa 500 mHz . La gamma è ampliata da piccole variazioni di temperatura e vibrazioni e da imperfezioni nella cavità del laser. La larghezza della linea di un laser scientifico specializzato si avvicina a 1 m Hz.

Storia

2021

È stato annunciato un accelerometro che utilizzava la luce infrarossa per misurare la variazione di distanza tra due microspecchi in una cavità di Fabry-Perot. La massa di prova è un singolo cristallo di silicio con una massa di 10-20 mg, sospeso dal primo specchio utilizzando nitruro di silicio flessibile di 1,5 μm di spessore ( Si
3no
4) raggi. La sospensione consente alla massa di prova di muoversi liberamente, con moto traslatorio quasi ideale. Il secondo specchio (convace) funge da punto di riferimento fisso. La luce di una certa frequenza risuona – rimbalza avanti e indietro – tra i due specchi nella cavità, aumentando la sua intensità, mentre le altre frequenze vengono scartate. In accelerazione, lo spostamento della massa di prova rispetto allo specchio concavo cambia l'intensità della luce riflessa. La variazione di intensità viene misurata da un laser a frequenza singola che corrisponde alla frequenza di risonanza della cavità . Il dispositivo può rilevare spostamenti inferiori a 1 femtometro (10–15 m) e rilevare accelerazioni fino a 3,2 × 10-8 g ( l'accelerazione dovuta a gravità terrestre) con incertezza inferiore all'1%.

È stato annunciato un accelerometro con una larghezza di linea di 20 Hz. L'accelerometro SolsTiS ha una cavità in zaffiro drogato con titanio che è sagomata in modo da incoraggiare una larghezza della linea stretta e per dissipare rapidamente il calore disperso. Il dispositivo sfrutta le qualità ondulatorie degli atomi Il laser è suddiviso in più fasci. Un raggio colpisce un gas di rubidio diffuso refrigerato a circa 10 -7 K. Questa temperatura si ottiene utilizzando il raffreddamento Doppler con sei raggi per rallentare/raffreddare gli atomi. Gli atomi si dividono in due onde quantistiche . Un secondo impulso inverte la scissione, mentre un terzo consente loro di interferire l'uno con l'altro, creando uno schema di interferenza che riflette l'accelerazione subita dalle onde durante la separazione. Un altro impulso laser rileva i modelli di interferenza nei vari atomi, che riflette la quantità di accelerazione. Accelerometri laser di livello militare, drift (accumula errori al ritmo di) chilometri al giorno. I nuovi dispositivi riducono la deriva a 2 km al mese.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno