[圖]測量加速更精準：NIST研發出光機械加速度計

安全氣囊之所以能夠在碰撞的幾分之一秒內膨脹，讓司機和乘客免受重傷或者死亡，很大程度上歸功於加速度計（Accelerometer）。它是一種用於測量加速度的慣性傳感器，能夠讓火箭和飛機保持正確的飛行路線，為自動駕駛汽車提供導航，在手機和平板電腦上旋轉畫面以及其他重要任務。

不過鑒於針對在較小的導航系統和其他設備中准確測量加速度的需求日益增長，美國國家標準與技術研究所（NIST）的研究人員開發了一種毫米級別的加速度計，它使用激光光代替機械應變來產生信號。雖然其他一些加速度計也是依靠光，但 NIST 儀器的設計使測量過程更加直接，提供了更高的精度。它還可以在更大的頻率范圍內工作，並且經過了比同類設備更嚴格的測試。

這個被稱為光機械加速度計（optomechanical accelerometer）的 NIST 設備不僅比最好的商用加速度計更精確，而且不需要經過定期校準這一耗時的過程。事實上，由於該儀器使用已知頻率的激光來測量加速度，因此它最終可以作為便攜式參考標準來校準現在市場上的其他加速度計，使其更加精確。

加速度計還有可能改善軍用飛機、衛星和潛艇等關鍵系統的慣性導航，特別是在沒有 GPS 信號的情況下。NIST 的研究人員 Jason Gorman、Thomas LeBrun、David Long 和他們的同事最新發表在《Optica》雜誌上描述了他們的工作。

由NIST研究人員開發出的最新加速度計，利用紅外（IR）激光對兩個相對的中間間隔很小的高反光表面之間的相對距離進行測量。器件的一邊是由正方形硅板製成的檢測質量，其向內的表面貼有一面平面鏡。

檢測質量由位於其上下表面邊緣的微型彈性懸臂梁懸掛在腔體內，這些懸臂梁起到了彈簧的作用，在器件處於加速運動時可使檢測質量與周圍環境之間產生相對運動。這樣的設計可避免檢測質量產生搖擺運動，使測量系統的穩定性得到了最大化，從而大大提升了系統測量的靈敏度。

腔體的另一側是一個固定的半球狀凹面鏡，其鏡面相內正對着檢測質量。這種由兩個相對反光鏡組成的結構被稱作「琺珀腔」。當紅外激光剛剛射入琺珀腔時，幾乎全部被反射回來 — 只有恰好具有能在兩面反光鏡之間來回反射並產生諧振波的具有某一特定波長的光，才可以形成駐波使其光強度增加到足夠大（約一千倍以上），從而透過空腔被光探測器檢測到。

諧振波的波長是由兩面反光鏡之間的相對距離所決定的，這就像交響樂團中長號拉杆的伸縮可以產生不同音調的聲音一樣。由於目前對於光的控制和測量已經達到了很高的水準，因此用光來測量距離變化會有較高的靈敏度和精確度。

來源：cnBeta