В NIST разработан лазерный акселерометр, не нуждающийся в калибровке

Отвечая на растущую потребность в точном измерении ускорения для малогабаритных систем инерциальной навигации, исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали акселерометр толщиной всего один миллиметр, который использует для генерации сигнала лазерный свет вместо механической деформации.

Он состоит из двух кремниевых чипов. На первом, на системе кремниевых упоров, подвешена контрольная масса с зеркальным покрытием, которая может свободно двигаться относительно неподвижного второго чипа, снабжённого встроенным вогнутым зеркалом. Если контрольная масса перемещается в ответ на ускорение, расстояние между зеркалами изменяется, смещая резонансную длину волны инфракрасного света внутри полости. Сравнивая частоту лазера с резонансной частотой полости, можно определить ускорение устройства.

Такое устройство, называемое оптомеханическим акселерометром, превосходит в точности лучшие коммерческие аналоги и, вдобавок, не требует калибровки. Эта последняя особенность уникальна — все коммерческие акселерометры необходимо регулярно подвергать длительной и дорогостоящей процедуре калибровки. Благодаря использованию лазерного света известной частоты, новый оптомеханический датчик может в конечном итоге стать портативным эталоном для калибровки других акселерометров.

Разработанная конструкция имеет простой динамический отклик гармонического осциллятора в рабочем диапазоне частот — от 1 до 20 килогерц. Это позволило добиться наивысшей точности измерений — до 32 миллиардных G (ускорения силы тяжести) — среди всех акселерометров таких габаритов, представленных на рынке.

Повышению точности инструмента способствовало также применение авторами оптической частотной гребёнки для регистрации изменений длины полости вплоть до 1/100000 доли диаметра атома водорода. С момента публикации своего исследования они внесли ряд улучшений, которые дополнительно снижают ошибку их устройства почти до 1%.