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发现“宇宙之声”引力波的 LIGO 设备信号调理与采集原理你知道吗?

2017年10月18日 作者: 暂无评论 572+ 0

LIGO001昨个,你有木有被引力波刷屏?

别烦,小编想跟着再刷一波。嗯,必须刷出高度——以咱们工程师的角度,从ADI的高度!

背景交代:全球多国科学家16日同步举行新闻发布会,宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国东部时间8月17日8时41分(北京时间20时41分),美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到这个引力波信号。此后2秒,美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。

LIGO的外景与内景

这事为啥撩起了全球人的兴趣?用美国加州理工学院LIGO数据分析小组负责人艾伦·温斯坦教授的话说:“几十年来,我们一直孜孜以求准备探测双中子星合并的引力波,”,“那天早上,我们所有的梦想成真。”LIGO项目组在美国华盛顿发布这一重大发现。中国、德国、英国和法国等国科学家也各自举行新闻发布会。相关论文发表在《科学》《自然》等学术期刊上。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。

如何发现宇宙之声?

LIGO拥有两台联合运作的设备,一台在华盛顿的汉福德,另一台在路易斯安那州的利文斯顿。由于引力波不会在电磁波谱上留下线索,无法被看到,因此 LIGO 主要目标是“聆听”宇宙的声音,获得引力波存在的证据。

每台 LIGO 设备会在超高真空腔中发出激光,并将激光一分为二,然后将两束激光分别发送到相互垂直的两个 2.5 英里长的激光臂。激光束随后被激光臂尽头的镜子反射回来。当引力波经过时,这一区域的时空会发生改变,导致两个激光臂之间产生细小的相对运动,这个细微的变化近似于一个质子直径的万分之一。这会改变射入到接收光学系统的返回光的相对相位,将光释放到光学传感器,从而形成可测量的信号或嘈声。

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管窥LIGO的信号调理与采集

LIGO侦测到的信号需要进行复杂的调理和采集,这个……属于各位的专长吧,不过LIGO系统的复杂度估计很多小伙伴一生难遇!!!这台仪器必须非常精确,打个比方说,在地球上所有沙滩的所有沙子中,如果有一粒沙子发生移动,LIGO 就能探测到。

但这对于见过“大事”的咱们ADI,那必须信心满满哦!没错,LIGO采用了ADI的大量集成技术。这些技术无一不体现出我们对精密技术的承诺,满足当下对精密指标的要求,并推动未来精密工程领域的创新及关键应用的实现。

除了预测和补偿所有其他可能的环境噪声源,LIGO 还要求他们的激光振幅必须保持在超稳定状态,振幅变化在约100赫兹载波位移下不得高于 2×10-9。激光不可能直接做到这些,LIGO 团队需使用+反馈系统来测量光输出并控制振幅。这需要具有特定性能的超低噪声放大器。LIGO 的科学小组为选择最佳解决方案而进行了广泛审核,最终,他们选择了ADI的AD797运算放大器。

为稳定激光频率,LIGO 团队使用ADI的AD590高精度温度传感器来测量容纳激光的玻璃真空室的平均温度。

虽然激光的原始输出是标准的,但它会在激光臂的谐振腔内快速增加到数千瓦。这产生的力量足以在玻璃镜子中形成声共振,因此,LIGO使用ADA4700的高压运算放大器来驱动静电激励器,静电激励器会主动使镜子减幅并保持一致。

另一个 ADI 器件 AD736 RMS 芯片用于测量输送到螺线管的能量,螺线管用于驱动 LIGO 的镜悬挂系统,并完成任何需要的倾斜、俯仰和偏航。

原文链接: http://www.eeboard.com/news/yinlibo/

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