Лазерный акселерометр — это акселерометр , который использует лазер для измерения изменений скорости/направления.
Он использует раму с тремя ортогональными входными осями и несколькими контрольными массами . Каждая контрольная масса имеет заданную поверхность гашения. Гибкая балка поддерживает каждую контрольную массу. Гибкая балка позволяет перемещать контрольную массу вокруг своей оси. [1]
Источник лазерного света обеспечивает луч света. Источник лазерного света имеет поперечную характеристику поля с центральной областью нулевой интенсивности. Зеркало передает луч света на детектор. Детектор располагается так, чтобы быть центрированным на луче света, и реагирует на интенсивность света, обеспечивая сигнал интенсивности. Величина сигнала связана с интенсивностью луча света.
Поверхность гашения пробной массы расположена по центру внутри и перпендикулярно к области нулевой интенсивности светового луча, чтобы обеспечить повышенное гашение светового луча в ответ на поперечное перемещение массы по входной оси.
В ответ на ускорение в направлении входной оси, контрольная масса отклоняет луч и перемещает гасящую поверхность в направлении, поперечном световому лучу, чтобы частично гасить световой луч. Управление реагирует на сигнал интенсивности, чтобы применить восстанавливающую силу для восстановления контрольной массы в центральное положение и обеспечивает выходной сигнал, пропорциональный восстанавливающей силе.
Акселерометры добавляются во многие устройства, включая (умные) часы, телефоны и транспортные средства всех видов. Акселерометры, ориентированные вертикально, выполняют функцию гравиметров , полезных для горнодобывающей промышленности. [2] Другие приложения включают медицинскую диагностику и спутниковые измерения для изучения изменения климата . [1]
Базовые лазеры работают с диапазоном частот (шириной линии) около 500 мГц . Диапазон расширяется небольшими изменениями температуры и вибрациями, а также несовершенствами лазерного резонатора. Ширина линии специализированного научного лазера приближается к 1 м Гц. [2]
Был анонсирован акселерометр, который использовал инфракрасный свет для измерения изменения расстояния между двумя микрозеркалами в резонаторе Фабри-Перо. Пробная масса представляет собой монокристалл кремния массой 10–20 мг, подвешенный к первому зеркалу с помощью гибкого нитрида кремния толщиной 1,5 мкм ( Si
3Н
4) балок. Подвеска позволяет испытуемой массе свободно перемещаться с почти идеальным поступательным движением. Второе (вогнутое) зеркало действует как фиксированная точка отсчета. Свет определенной частоты резонирует — отскакивает вперед и назад — между двумя зеркалами в полости, увеличивая свою интенсивность, в то время как другие частоты отбрасываются. При ускорении смещение испытуемой массы относительно вогнутого зеркала изменяет интенсивность отраженного света. Изменение интенсивности измеряется одночастотным лазером, который соответствует резонансной частоте полости . Устройство может определять смещения менее 1 фемтометра (10 −15 м) и обнаруживать ускорения до 3,2 × 10-8 g ( ускорение, вызванное гравитацией Земли) с погрешностью менее 1%. [1]
Был анонсирован акселерометр с шириной линии 20 Гц. Акселерометр SolsTiS имеет легированную титаном сапфировую полость, которая имеет форму, способствующую узкой ширине линии и быстрому рассеиванию отработанного тепла. Устройство использует волновые качества атомов. Лазер разделен на несколько лучей. Один луч попадает на диффузный рубидиевый газ, охлажденный до температуры около 10−7 К. Эта температура достигается с помощью доплеровского охлаждения с шестью лучами для замедления/охлаждения атомов. Атомы разделяются на две квантовые волны . Второй импульс обращает разделение, а третий позволяет им интерферировать друг с другом, создавая интерференционную картину, которая отражает ускорение, которому подверглись волны при разделении. Другой лазерный импульс обнаруживает интерференционные картины в различных атомах, что отражает величину ускорения. Лазерные акселерометры военного класса дрейфуют (накапливают ошибки со скоростью) километров в день. Новые устройства уменьшают дрейф до 2 км в месяц. [2]