Acelerómetro láser revolucionario: sensor de movimiento ultra-delgado y ultra-preciso

Un airbag de automóvil se despliega gracias a un acelerómetro —un sensor que detecta cambios repentinos en velocidad. Los acelerómetros mantienen cohetes y aviones en la trayectoria correcta, proveen navegación para coches autónomos, y rotan imágenes para que permanezcan derechas en móviles y tabletas, entre otras tareas esenciales.

Diseño optomecánico innovador

Un equipo de investigadores ha desarrollado un acelerómetro de un milímetro de espesor que usa luz láser en lugar de deformación mecánica para producir señal. Aunque algunos otros acelerómetros también dependen de luz, el diseño del nuevo instrumento hace el proceso de medición más directo, proporcionando mayor precisión. También opera en un rango mayor de frecuencias y ha sido probado más rigurosamente que dispositivos similares.

El acelerómetro optomecánico es mucho más preciso que los mejores acelerómetros comerciales y no necesita el proceso lento de calibraciones periódicas. De hecho, como el instrumento usa luz láser de frecuencia conocida para medir aceleración, podría servir como estándar de referencia portátil para calibrar otros acelerómetros en el mercado, volviéndolos más precisos. El acelerómetro también tiene potencial para mejorar navegación inercial en sistemas críticos como aviones militares, satélites y submarinos, especialmente cuando señal GPS no está disponible.

Principio de funcionamiento

El dispositivo consta de dos chips de silicio con luz láser infrarroja entrando en el chip inferior y saliendo en el superior. El chip superior contiene una masa de prueba suspendida por vigas de silicio, permitiendo que la masa se mueva libremente arriba y abajo en respuesta a aceleración. Un recubrimiento espejado en la masa de prueba y un espejo hemisférico unido al chip inferior forman una cavidad óptica. La longitud de onda de la luz infrarroja se elige para que casi coincida con la longitud de onda resonante de la cavidad, permitiendo que la luz aumente en intensidad al rebotar muchas veces entre las dos superficies espejadas antes de salir. Cuando el dispositivo experimenta aceleración, la masa de prueba se mueve, cambiando la longitud de la cavidad y desplazando la longitud de onda resonante. Esto altera la intensidad de la luz reflejada. Una lectura óptica convierte el cambio de intensidad en medida de aceleración.

Rendimiento sobresaliente

El acelerómetro optomecánico detecta aceleraciones tan pequeñas como 32 milmillonésimas de g, donde g es la aceleración por gravedad terrestre. Es una sensibilidad mayor que otros acelerómetros en el mercado con tamaño y ancho de banda similares. Con mejoras adicionales, el dispositivo podría usarse como dispositivo de referencia portátil de alta precisión para calibrar otros acelerómetros sin llevarlos a laboratorio.