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小型光学陀螺小于一粒米

来源:未知 编辑:admin 时间:2020-05-21
导读:您可能没有意识到,但陀螺仪几乎可以在任何现代电子设备中找到。从手机到车辆,无人机和可穿戴设备的应用范围,不起眼的陀螺仪传感器也是最通用的传感器之一。如今,您可以在手机中找到的陀螺仪可能是基于MEMS的。然而,现在,加州理工学院的研究人员已经成功地制造了另

   
    您可能没有意识到,但陀螺仪几乎可以在任何现代电子设备中找到。
从手机到车辆,无人机和可穿戴设备的应用范围,不起眼的陀螺仪传感器也是最通用的传感器之一。如今,您可以在手机中找到的陀螺仪可能是基于MEMS的。然而,现在,加州理工学院的研究人员
已经成功地制造了另一种类型的陀螺仪,它比MEMS版本小500倍,灵敏度高30倍。他们的研究本月发表在“ 自然”杂志上

     传统的基于MEMS的陀螺仪通过测量在相反方向上振荡和移动的两个相同质量的力来工作。相比之下,加州理工学院团队开发的光学陀螺仪采用激光而不是MEMS来实现相同的结果。尽管光学陀螺仪在理论上是有效的,但实际上它们很难小型化,因为噪声与信号比与光学陀螺仪的尺寸成反比。

 

   要了解光学陀螺仪,首先必须从Sagnac效应开始。由法国物理学家Georges Sagnac发现,该效应使用爱因斯坦的广义相对论原理来检测角速度的变化。基本上,激光被分成两个光束,每个光束沿着光盘的一侧射出。因为光以恒定速度传播,所以只要光盘不运动,两个光束就会同时到达光盘的末端。如果磁盘正在旋转,激光束将到达终点不同步。这种同步差异就是陀螺仪所测量的,因为终点光束的属性发生了微小的变化,例如,你是否刚刚放下你的智能手机。

    不幸的是,Sagnac效应通常对信号中的噪声非常敏感从小的热波动到附近建筑物的振动或大声的噪音都会在光束传播时破坏光束。更糟糕的是,陀螺仪越小,它就越容易被破坏。如今最小的高性能光学陀螺仪大约相当于高尔夫球的大小 - 不太适合被塞进智能手表中。

    为了绕过这些问题,加州理工学院的团队提出了延长激光束必须行进的路径的解决方案,允许他们使用小磁盘而不是大磁盘,同时仍然获得相同的精度水平。Ali Hajimiri,工程和应用科学部电气工程和医学工程的Bren教授,以及该研究的负责人称该技术为“相互敏感性增强”。在这种情况下,“倒数”意味着它以相同的方式影响陀螺仪内的两个光束。

    该技术通过使用两个磁盘而不是一个磁盘来工作,然后切换光来回传播的方向。这将光束行进的路径延伸到几千转而不是一转。当光束的路径较长时,两个光束的噪声量更均匀,从而消除了外部干扰的缺陷,并且当光束在末端彼此相遇时导致精确的测量。

   虽然这项研究引起了一些关注,但值得记住的是,这些创新需要很长时间才能从实验室进入工厂。研究表明,建造这种尺寸的光学陀螺仪是可能的,但将结果转化为商业产品是一个可能需要很多年的过程。

 
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