acelerómetro láser

Un acelerómetro láser es un acelerómetro que utiliza un láser para medir cambios en la velocidad/dirección.

Mecanismo

Emplea un bastidor con tres ejes de entrada ortogonales y múltiples masas de prueba . Cada masa de prueba tiene una superficie de obturación predeterminada. Una viga flexible soporta cada masa de prueba. La viga flexible permite el movimiento de la masa de prueba sobre su eje. ^{[ 1 ]}

Una fuente de luz láser emite un rayo de luz. Esta fuente láser presenta un campo transversal con una región central de intensidad nula. Un espejo transmite el haz de luz a un detector. El detector, centrado en el rayo de luz, responde a la intensidad de la luz para generar una señal de intensidad. La magnitud de la señal está relacionada con la intensidad del rayo de luz.

La superficie de bloqueo de la masa de prueba está situada en el centro y perpendicular a la región de intensidad nula del rayo de luz para proporcionar un mayor bloqueo del rayo de luz en respuesta al movimiento transversal de la masa sobre el eje de entrada.

En respuesta a la aceleración en la dirección del eje de entrada, la masa de prueba desvía el haz y mueve la superficie de obturación en una dirección transversal al rayo de luz para obstruirlo parcialmente. Un sistema de control responde a la señal de intensidad para aplicar una fuerza de recuperación que devuelve la masa de prueba a su posición central y proporciona una señal de salida proporcional a dicha fuerza.

Aplicaciones

Los acelerómetros se incorporan a numerosos dispositivos, como relojes (inteligentes), teléfonos y vehículos de todo tipo. Los acelerómetros orientados verticalmente funcionan como gravímetros , útiles para la minería. ^{[ 2 ]} Otras aplicaciones incluyen el diagnóstico médico y las mediciones satelitales para estudios sobre el cambio climático . ^{[ 1 ]}

Láseres

Los láseres básicos operan con un rango de frecuencia (ancho de línea) de unos 500 mHz . Este rango se amplía debido a pequeños cambios de temperatura y vibraciones, así como a imperfecciones en la cavidad láser. El ancho de línea de un láser científico especializado se aproxima a 1 mHz . ^{[ 2 ]}

Historia

2021

Se anunció un acelerómetro que utiliza luz infrarroja para medir el cambio de distancia entre dos micromirrores en una cavidad Fabry-Perot. La masa de prueba es un único cristal de silicio con una masa de 10-20 mg, suspendido del primer espejo mediante nitruro de silicio flexible de 1,5 μm de espesor ( Si₃ N₄ ) haces. La suspensión permite que la masa de prueba se mueva libremente, con un movimiento de traslación casi ideal. El segundo espejo (cóncavo) actúa como punto de referencia fijo. La luz de una determinada frecuencia resuena —rebota— entre los dos espejos de la cavidad, aumentando su intensidad, mientras que otras frecuencias se descartan. Bajo aceleración, el desplazamiento de la masa de prueba con respecto al espejo cóncavo cambia la intensidad de la luz reflejada. El cambio de intensidad se mide mediante un láser de frecuencia única que coincide con lafrecuencia de resonancia. El dispositivo puede detectar desplazamientos inferiores a 1femtómetro(10⁻¹⁵^m) y aceleraciones tan bajas como 3,2 × 10⁻⁸g (la aceleración debida a la gravedad terrestre) con una incertidumbre inferior al 1 %.^{[ 1 ]}

Se anunció un acelerómetro con un ancho de línea de 20 Hz. El acelerómetro SolsTiS tiene una cavidad de zafiro dopado con titanio, diseñada para favorecer un ancho de línea estrecho y disipar rápidamente el calor residual. El dispositivo aprovecha las propiedades ondulatorias de los átomos. El láser se divide en múltiples haces. Un haz incide sobre un gas de rubidio difuso refrigerado a unos 10⁻⁷ ^K. Esta temperatura se alcanza mediante enfriamiento Doppler con seis haces para ralentizar/enfriar los átomos. Los átomos se dividen en dos ondas cuánticas . Un segundo pulso invierte la división, mientras que un tercero permite que interfieran entre sí, creando un patrón de interferencia que refleja la aceleración que experimentaron las ondas mientras estaban separadas. Otro pulso láser detecta los patrones de interferencia en los distintos átomos, lo que refleja la magnitud de la aceleración. Los acelerómetros láser de grado militar presentan una deriva (acumulación de errores) de kilómetros al día. Los nuevos dispositivos reducen la deriva a 2 km al mes. ^{[ 2 ]}

Véase también

Lista de artículos sobre láser

Referencias

1 2 3 Dumé, Isabelle (10 de abril de 2021). "La sensibilidad del acelerómetro recibe un impulso láser" . Physics World . Recuperado el 12 de junio de 2021 .
1 2 3 "La extrañeza cuántica ayuda a diseñar mejores acelerómetros" . The Economist . 12 de junio de 2021. ISSN 0013-0613 . Consultado el 12 de junio de 2021 .

Enlaces externos

Melkoumian, Baghrat V. (2001-08-21). Acelerómetro láser para guiado y navegación . Adquisición, seguimiento y apuntamiento XV. Vol. 4365. Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica. pp. 206–213 . doi : 10.1117/12.438048 .

[:1-1] 1 2 3 Dumé, Isabelle (10 de abril de 2021). "La sensibilidad del acelerómetro recibe un impulso láser" . Physics World . Recuperado el 12 de junio de 2021 .

[:0-2] 1 2 3 "La extrañeza cuántica ayuda a diseñar mejores acelerómetros" . The Economist . 12 de junio de 2021. ISSN 0013-0613 . Consultado el 12 de junio de 2021 .