加速度传感器的精度 新型 3D 量子加速度计的精度是传统传感器的 50 倍

新型 3D 量子加速度计的精度是传统传感器的 50 倍

在最小的尺度上，我们的宇宙变得很奇怪。粒子的作用就像台球或水面上的波浪，这取决于您如何检测它们。属性不能同时测量，或者往往会在一系列值上无限模糊。人类的直觉让我们失望。

在上个世纪的大部分时间里，所有这些奇怪的东西主要是物理学家的领域。但最近，理论和实验逐渐变得实用。这种趋势在越来越多的早期量子计算机中最为明显，但奇异的量子行为不仅仅用于计算。一些科学家和工程师正在构建牢不可破的量子通信网络；其他人则专注于传感器。

在最近发表在 arXiv 上的预印本论文中，CNRS 的一个团队描述了一种量子加速度计，它使用激光和超冷铷原子以极高的精度测量所有三个维度的运动。

这项工作将量子加速度计扩展到三个维度，无需 GPS 即可实现准确导航，并可靠地检测脚下有价值的矿藏。

原子波

我们已经每天都依赖加速度计。拿起电话，显示屏亮起。将其侧放，您正在阅读的页面会切换方向。一个微型机械加速度计——基本上是一个附着在弹簧状机构上的质量块——使这些运动成为可能（以及陀螺仪等其他传感器）。每当手机在太空中移动时，它的加速度计都会跟踪该移动。这包括 GPS 丢失的短时间跨度，例如在隧道或小区死角中。

尽管它们很有用，但机械加速度计往往会失控。留下足够长的时间，它们会以公里为单位累积误差。对于暂时与 GPS 断开连接的手机来说，这没什么大不了的，但当设备长时间不在范围内时，就会出现问题。对于工业和军事应用，精确的位置跟踪对于在水下无法使用 GPS 的潜艇很有用，或者在 GPS 丢失时作为船舶的备用导航。

长期以来，研究人员一直在开发量子加速度计以提高位置跟踪的准确性。量子加速度计不是测量压缩弹簧的质量，而是测量物质的波状特性。这些设备使用激光来减慢和冷却原子云。在这种状态下，原子的行为就像光波一样，在它们移动时会产生干涉图案。更多的激光诱导并测量这些图案如何变化以跟踪设备在空间中的位置。

在这些被称为原子干涉仪的设备的早期，它是杂乱无章的电线和仪器，分散在只能测量一个维度的实验室工作台上。但随着激光和专业技术的进步，它们变得更小更强大——现在它们是 3D 的。

量子升级

由法国团队开发的新型 3D 量子加速度计看起来像一个笔记本电脑长度的金属盒子。它使用沿所有三个空间轴的激光来操纵和测量被困在一个小玻璃盒中并几乎冷却到绝对零的铷原子云。与早期的量子加速度计一样，这些激光器在原子云中产生涟漪，并解释产生的干涉图案以测量运动。

为了提高稳定性和带宽（在实验室外使用的要求），新设备将经典加速度计和量子加速度计的读数结合在一个利用这两种技术的反馈回路中。

因为该团队可以极其精确地控制原子，所以他们可以进行同样精确的测量。为了测试加速度计，他们将其连接到可以摇晃和旋转的桌子上，发现该系统的准确度是经典导航级传感器的 50 倍。在几个小时内，由经典加速度计测量的设备位置偏离了一公里。量子加速度计将其精确定位在 20 米以内。

收缩光线

加速度计仍然相对较大且较重，并且不会很快为您的 iPhone 做好准备。但该团队表示，它可以做得更小、更坚固，以便安装在船上或潜艇上进行精确导航。或者它可能会通过测量重力的细微变化进入寻找矿床的野外地质学家手中。

其他小组也在努力使该领域的量子传感器小型化和硬化。桑迪亚国家实验室的一个团队最近将一个冷原子干涉仪——就像这里使用的一样——装在一个鞋盒大小的坚固包装中。在一篇描述这项工作的论文中，桑迪亚的研究人员表示，光子芯片的进步可能会推动进一步的小型化。他们说，将来需要像他们这样的冷原子干涉仪光学元件可安装在边长仅为 8 mm 的芯片上。

可以添加更多的量子传感器，例如陀螺仪。尽管在逃离实验室之前，它们还需要进行几轮收缩和强化。

目前，向 3D 的转变是向前迈出的一步。

澳大利亚国立大学的约翰·克洛斯最近告诉《新科学家》杂志：“在三个维度上进行测量是一件大事，这是朝着量子加速度计的实际应用迈出的必要且出色的工程步骤。”

加速度传感器原理

近期笔者在进行资产监控技术研发。咱们平时的快递物流信息一般都是时隔一段时间，等物流到达中转站了，咱们的快递信息才会进行更新，这样咱们才能了解我们的快递到哪儿了。那么如何实时快递的运输状况和咱们的车辆一样，能进行实时定位呢？这时候，就需要资产监控设备来完成这一需求。

资产监控设备一般是通过GPS等完成定位，并且可以在后台直接对位置进行查看，实时性、可视化是资产监控设备的两大亮点。

但是用过GPS的人应该都经历过，当处于丛林或者高楼大厦时，GPS信号弱，那么在这种情况下还想对人或物进行实时定位，就需要用到加速度传感器。

加速度传感器一般是将加速度转换为其他物理量来间接测量的。一般常用的加速度传感器是根据晶体的压电效应来工作的，原理是：在有加速度的时候，传感器内部的晶体会发生形变从而产生电压，只需要测量出电压值，并利用晶体的电压、形变和加速度之间的关系（固有关系）就可以检测测量出加速度的数值。电压采集的精度决定了加速度的精度。

该如何选择合适的加速度传感器：

在选型使用的时候需要根据实际使用场景来确定用什么精度的加速度传感器，因为精度越高成本带来的问题就是成本越高，甚至通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。用于地震检波器和用于汽车车祸报警的精度与简单的需要加速度传感器进行定位的精度需求，是不一样的。

相关问答

加速度传感器的精度等级通常用±g表示,这是器件能够测量并通过输出精确表示的最大加速度。例如,±3g加速度计的输出与高达±3g的加速度成线性关系。若加速到4g...

[最佳回答]LSB/G=0.001mg/lsb=bits/G

加速度传感器是一种用于测量物体加速度的设备,它可以通过检测物体的加速度变化来提供准确的测量结果。在许多应用中,如运动追踪、姿势检测和车辆安全等领域,加...

[最佳回答]是G-Sensor灵敏度.range的设置是指sensor所能测量的加速度范围,2g时最多能测到+/-2g,4g时最多能测到+/-4g,…而sensor的ADC的位数是固定的,也就是说...

灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。一般来说,加速度计尺寸越大,其固有频率越低。因此选用加速度计时应当权衡灵敏度和结构尺寸、附加质量的影响和...

要判断手机加速度传感器的好坏,可以进行以下测试:首先,打开一个支持加速度传感器的应用程序,如游戏或倾斜控制的应用。然后,将手机放在平坦的表面上,观察...

加速度影像原理是一种通过测量物体在加速度作用下的相对位移或位置变化来获取加速度信息的技术原理。它基于牛顿第二定律(力等于质量乘以加速度)和光学原理。...

重力只是感应横向,纵向的力。把手机横过跟着翻转,这就是重力感应。加速度传感器,是感应你挥动的时候的速度和力道的,比如你玩手机赛车游戏时,双手转...

石英摆式加速度计是一种利用石英晶体振荡器的变化来测量加速度的装置。以下是它的测量原理:1.石英晶体振荡器:石英晶体是一种具有特定的谐振频率的晶体材料...

realme的传感器有:1、光线传感器(AmbientLightSensor)光线传感器类似于手机的眼睛。人类的眼睛能在不同光线的环境下,调整进入眼睛的光线,例如进入电影院...