20 мая китайская научная группа вновь опубликовала инновационные научные результаты в области сенсоров в ведущем академическом журнале Nature.
Данное исследование, опираясь на физический принцип сингулярности, позволило добиться кубической корневой зависимости частотной и фазовой модуляции, вызванной эффектом Кориолиса, что эффективно оптимизировало ключевые рабочие характеристики корлиолисовых вибрационных гироскопов чипового масштаба. Многочисленные экспериментальные проверки подтвердили, что данная инновационная схема оптимизации не увеличивает размеры конструкции устройства и не создает дополнительного энергопотребления, при этом значительно улучшает отношение сигнал/шум системы и существенно повышает точность обнаружения движения и измерения ориентации гироскопа — данные статьи показывают усиление кориолисова фактора на три порядка, увеличение отношения сигнал/шум в 253 раза и повышение точности в 297 раз.
Результат был опубликован в журнале Nature под заголовком «Cusp-singularity-enhanced Coriolis effect for sensitive chip-scale gyroscopes».
Согласно информации, профессор Чжоу Синь (Национальный университет оборонных технологий & Южный научно-технологический университет), профессор Цзин Хуэй (Национальный университет оборонных технологий & Хунаньский педагогический университет), профессор Франко Нори (RIKEN) и профессор Ван Фэй (Южный научно-технологический университет) являются соавторами-корреспондентами статьи; магистрант Чжан Сэнь из исследовательской группы Чжоу Синя является первым автором статьи, он выполнил эксперименты под руководством профессора Чжоу Синя; профессор Чжоу Синь руководил теоретическим анализом, профессор Цзин Хуэй и профессор Нори оказали важное руководство, доктор Хуан Жань, работавший под совместным руководством профессора Цзин Хуэя и профессора Нори, также внес вклад в теоретический анализ. Исследовательская работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок и Национальным фондом естественных наук Китая.
Гироскопы, как базовые инерциальные датчики, имеют решающее значение для измерения вращения в таких отраслях, как потребительская электроника, автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность, при этом наиболее широко используемым типом являются гироскопы, основанные на эффекте Кориолиса. Корлиолисовы вибрационные гироскопы (КВГ) чипового масштаба обладают преимуществами в размере, весе и стоимости, но их производительность значительно уступает традиционным макроскопическим КВГ. Это связано с тем, что присущий микрочипам слабый кориолисов фактор ограничивает повышение их чувствительности, а броуновский шум в микрочипах значительно выше, чем в макроскопических. Чтобы преодолеть это физическое ограничение, мы предложили и экспериментально подтвердили использование сингулярности третьего порядка внутри точки возврата (cusp) в фазовом слежении колебаний чипового КВГ для достижения кубической корневой зависимости частотной модуляции, вызванной эффектом Кориолиса. Используя этот эффект, мы добились усиления кориолисова фактора на три порядка, увеличения отношения сигнал/шум в 253 раза и повышения точности в 297 раз. Более того, сингулярность точки возврата делает возможным сублинейное измерение сверхчувствительной фазовой модуляции, что ранее было недостижимо, и позволяет достичь рекордных показателей отношения сигнал/шум в кремниевых чиповых гироскопах. Эти открытия не только заполняют пробел в наблюдении и управлении усилением эффекта Кориолиса с помощью сингулярности, предлагая революционный прогресс в гироскопической технологии, но и открывают новые идеи для других сверхчувствительных сенсорных приложений.