革新的レーザーベース加速度センサー：超薄型・超高精度モーションセンサー
自動車のエアバッグが展開するのは、加速度センサー——速度の急激な変化を検知するセンサー——のおかげです。加速度センサーはロケットと飛行機を正しい飛行経路に保ち、自動運転車のナビゲーションを提供し、携帯電話やタブレットで画像を回転させて常に正しい向きに保つなど、他の重要なタスクを担っています。
研究チームが、機械的歪みではなくレーザー光を使用して信号を生成する、厚さ1ミリメートルの加速度センサーを開発しました。光を利用する加速度センサーは他にもいくつかありますが、新しい装置の設計により測定プロセスがよりシンプルになり、より高い精度を提供します。また、より広い周波数範囲で動作し、類似デバイスよりもより厳密にテストされています。
光機械式加速度センサーは、市販の最高性能加速度センサーよりもはるかに精密で、定期的なキャリブレーションという時間のかかるプロセスを必要としません。実際、既知の周波数のレーザー光を使用して加速度を測定するため、最終的には市販の他の加速度センサーをキャリブレーションするための携帯可能な参照標準として機能し、それらをより正確にする可能性があります。この加速度センサーは、GPS信号が利用できない場合に特に、軍用機、衛星、潜水艦などの重要なシステムにおける慣性ナビゲーションの改善にも潜在的に役立ちます。
デバイスは2枚のシリコンチップで構成され、赤外レーザー光が下部チップから入り、上部チップから出ます。上部チップにはシリコンビームで吊り下げられたプルーフマス（証明質量）が含まれ、加速度に応じて上下に自由に動けます。プルーフマスの鏡面コーティングと下部チップに取り付けられた半球ミラーが光学キャビティを形成します。赤外光の波長はキャビティの共振波長にほぼ一致するよう選択され、光が2つの鏡面の間で何度も反射して強度を増してから出射します。デバイスが加速度を経験すると、プルーフマスが動き、キャビティの長さが変わり、共振波長がシフトします。これにより反射光の強度が変化します。光学読み取り装置が強度変化を加速度測定値に変換します。
光機械式加速度センサーは、地球重力加速度gの320億分の1という微小な加速度を検出します。これは、同サイズ・帯域幅の市販加速度センサーよりも高い感度です。さらなる改良により、このデバイスは実験室に持ち込まずに他の加速度センサーをキャリブレーションするための、携帯型高精度参照デバイスとして使用できるようになる可能性があります。
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