Neuer Sensor macht autonome Autos sicherer
Mechanische Bewegung wird bei NIST-Neuentwicklung in messbare Peaks umgewandelt
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Darstellung des neuen Beschleunigungssensors (Grafik: F. Zhou, nist.gov) |
Gaithersburg (pte004/10.03.2021/06:15)
Beschleunigungssensoren lösen bei einem Unfall den Airbag aus, halten Raketen auf Kurs, machen autonomes Fahren möglich und drehen Bilder auf einem Smartphone-Display und 90 Grad, wenn man das Gerät dreht. Sie sind nicht sonderlich präzise und müssen kalibriert werden, da heißt, sie müssen mit Hilfe von anderen Geräten eingestellt werden, damit sie möglichst exakt messen.
[b]Basis ist die Bewegung einer winzigen Masse[/b]
Forscher am National Institute of Standards and Technology https://www.nist.gov (NIST) in Gaithersburg im US-Bundesstaat Maryland haben jetzt einen Sensor entwickelt, bei dem es keine der Einschränkungen gibt, die für heutige Beschleunigungsmesser üblich sind. Er basiert auf optischen und mechanischen Prinzipien. Beiden Systemen gemeinsam ist eine kleine Masse, die federnd aufgehängt ist. Bei einer Beschleunigung oder Kurvenfahrt wird diese abgelenkt, und das umso stärker, je größer die einwirkende Kraft ist. Die Stärke der Ablenkung ist ein Maß für die Beschleunigung.
[b]Menschliches Haar ist fünfmal dicker[/b]
Beim NIST-Sensor ist die Masse extrem klein. Ein menschliches Haar hat einen fünfmal größeren Durchmesser. Sie trägt einen halbdurchlässigen flachen Spiegel. Überdiesem befindet sich ein starrer Hohlspiegel, der ebenfalls teildurchlässig ist. Ein Infrarotlaserstrahl beschießt den flachen Spiegel von unten. Ein Teil des Lichts fällt auf den Hohlspiegel und durchdringt diesen. Oberhalb ist ein Detektor angebracht, der dieses Licht erfasst.
Bewegt sich der flache Spiegel nicht, findet also keine negativen (Bremsen) oder positive Beschleunigung statt erfasst der Detektor einen Peak, der sich nicht von der Stelle rührt. Bei einer Beschleunigung wandert dieser Peak. Aus der Entfernung vom -ausgangspukt lässt sich die Beschleunigung errechnen.
[b]32 Milliardstel g sind noch messbar[/b]
Der optomechanische Beschleunigungsmesser kann Verschiebungen der Prüfmasse erfassen, die weniger als ein Hunderttausendstel des Durchmessers eines Wasserstoffatoms betragen. Er erfasst Beschleunigungen von nur 32 Milliardstel g, wobei g die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft der Erde ist (9,81 Meter pro Sekunde zum Quadrat). Dies ist eine höhere Empfindlichkeit als bei allen derzeit auf dem Markt erhältlichen Beschleunigungsmessern mit ähnlicher Größe und Bandbreite. Für fahrerlose Autos bedeutet das mehr Sicherheit.
(Ende)
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