Gyroskope sind multifunktionale Geräte, die heute verwendet werden, um alles von Fahrzeugen bis zu Drohnen zu orientieren. Obwohl wir nie darüber nachdenken, sind sie in fast jeder Technologie vorhanden, die wir täglich verwenden.
Es versteht sich von selbst, dass moderne Ingenieure sie relativ klein machen mussten, um ihre nahezu allgegenwärtige Implementierung zu ermöglichen. Diese kleineren, fortschrittlichen Gyroskopversionen werden als mikroelektromechanischer Sensor MEMS bezeichnet. Um einen zu finden, müssen Sie nicht weiter als bis zu Ihrer Zelle suchenTelefon.
Der Sagnac-Effekt ist wirksam!
MEMs sind jedoch in ihrer Empfindlichkeit begrenzt, daher haben Ingenieure auch überlegene optische Gyroskope entwickelt, die eine bessere Genauigkeit und das Weglassen beweglicher Teile aufweisen. Zu diesem Zweck stützen sich diese Geräte auf ein Phänomen, das als Sagnac-Effekt bezeichnet wird.
Benannt nach dem französischen Physiker Georges Sagnac, dessen optischer Effekt verwurzelt ist Einsteins allgemeine Relativitätstheorie funktioniert, indem das optische Gyroskop einen Lichtstrahl in zwei Teile teilt und sich dann dreht, um die Ankunft der jetzt getrennten Strahlen an seinem Detektor zu manipulieren.
Dadurch entstehen zwei Zwillingsstrahlen, die sich auf einer Kreisbahn in entgegengesetzte Richtungen bewegen und sich dann zu unterschiedlichen Zeiten am gleichen Lichtdetektor treffen, da die Rotationsbewegung eine der Strahlbewegungen verzögert hat. Die resultierende Phasenverschiebung ist der sogenannte Sagnac-Effektund was verwendet wird, um die Orientierung mit optischen Gyroskopen so genau zu berechnen.
Obwohl sehr nützlich, waren bisher selbst die besten optischen Hochleistungsgyroskope größer als ein Golfball und daher mit den meisten heutigen tragbaren Elektronikgeräten nicht kompatibel. Frühere Versuche, kleinere Versionen dieser hochpräzisen Geräte zu bauen, waren dies leider immerführte zu einem verringerten Sagnac-Effektsignal und daher zu einer verringerten Zuverlässigkeit und Genauigkeit.
Jetzt ein Team von Caltech-Ingenieuren unter der Leitung von Ali Hajimiri , Bren-Professor für Elektrotechnik und Medizintechnik in der Abteilung für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften, haben einen Weg gefunden, diese Geräte zu verkleinern und gleichzeitig ihre Genauigkeit zu verbessern. Die Entdeckung wird die Verwendung optischer Gyroskope für immer verändern.wahrscheinlich machen sie sie noch populärer und allgegenwärtiger als MEMS.
Verbesserung der gegenseitigen Empfindlichkeit
Caltechs neuartiges optisches Gyroskop ist 500 Mal kleiner als die derzeit besten verfügbaren Geräte, wodurch es kleiner als ein Reiskorn ist, jedoch Phasenverschiebungen erkennen kann 30 Mal kleiner als selbst die präzisesten Modelle da draußen. Zu diesem Zweck verwendet das winzige Gerät eine sogenannte "Verbesserung der gegenseitigen Empfindlichkeit".
Diese Technik ist eine neuartige intelligente Methode, um das gegenseitige Rauschen optischer Gyroskope auszusortieren, ohne die vom Sagnac-Effekt abgeleiteten Signale zu beeinflussen. Auf diese Weise wird das Signal-Rausch-Verhältnis im System verbessert, ohne dass a erforderlich istgroßes Gerät. Das Ergebnis sind winzige optische Gyroskope mit beeindruckend besserer Genauigkeit.
Die Erfindung von Caltech wird in einer Studie mit dem Titel ausführlich beschrieben. "Nanophotonisches optisches Gyroskop mit gegenseitiger Empfindlichkeitssteigerung" veröffentlicht in der Novemberausgabe von Naturphotonik .
Die Forschung wurde finanziert von Rothenberg Innovationsinitiative .
Via : Caltech