Gia tốc kế sử dụng ánh sáng laser

Các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST - Mỹ) đã phát triển một gia tốc kế chỉ dày một milimet. Gia tốc kế này sử dụng ánh sáng laser thay vì cơ học để tạo ra tín hiệu.

Mặc dù, một số máy đo gia tốc khác cũng dựa vào ánh sáng, nhưng thiết kế của NIST giúp quá trình đo đơn giản với độ chính xác cao hơn. Gia tốc kế này cũng hoạt động trên một dải tần số lớn và được kiểm tra nghiêm ngặt hơn so với các thiết bị tương tự.

Thiết bị mới này được biết đến như một máy đo gia tốc quang cơ, không cần phải trải qua quá trình hiệu chuẩn định kỳ mất nhiều thời gian. Vì sử dụng ánh sáng laser có tần số đã biết để đo gia tốc, nên thiết bị có thể đóng vai trò như một tiêu chuẩn tham chiếu di động. Nhờ đó, giúp hiệu chuẩn các máy đo gia tốc khác hiện có trên thị trường, khiến các thiết bị này chính xác hơn.

Thiết bị của NIST có thể hiệu chỉnh các gia tốc kế khác.

Gia tốc kế cũng có khả năng cải thiện điều hướng quán tính trong các hệ thống quan trọng như máy bay quân sự, vệ tinh và tàu ngầm. Nghiên cứu này là một phần của “NIST on a Chip” - chương trình mang công nghệ trực tiếp tới người dùng trong lĩnh vực thương mại, y học, quốc phòng và học thuật.

Gia tốc kế ghi lại những thay đổi về vận tốc, bằng cách theo dõi vị trí của một khối lượng chuyển động tự do (còn gọi là khối lượng bằng chứng) so với một điểm chuẩn cố định bên trong thiết bị. Khoảng cách giữa khối lượng bằng chứng và điểm chuẩn chỉ thay đổi nếu gia tốc kế giảm tốc độ, tăng tốc hoặc chuyển hướng.

Chuyển động của khối lượng bằng chứng tạo ra một tín hiệu có thể phát hiện được. Gia tốc kế do các nhà nghiên cứu NIST phát triển dựa trên ánh sáng hồng ngoại để đo sự thay đổi khoảng cách giữa hai bề mặt phản xạ cao. Từ đó, tạo ra một khoảng không gian trống.

Tuy nhiên, việc chuyển đổi chính xác độ dịch chuyển của khối lượng bằng chứng thành gia tốc là một bước khó khăn trong hầu hết máy đo gia tốc quang cơ hiện tại.

Song, thiết kế mới đảm bảo rằng, mối quan hệ động lực học giữa độ dịch chuyển của khối lượng bằng chứng và gia tốc dễ mô hình hóa thông qua các nguyên tắc vật lý.

Với những cải tiến này, máy đo gia tốc cơ quang của NIST có thể được sử dụng như một thiết bị tham chiếu di động, với độ chính xác cao. Nhờ đó, giúp hiệu chuẩn các máy đo gia tốc khác mà không cần phải mang chúng vào phòng thí nghiệm.