电子设备中的传感器使用高频信号。为了获得最大的测量精度，使用了参数放大效应。慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员正在研究这种效应如何显着扩展传感器的功能。可能的应用包括使用智能手机中使用的微机电传感器改进位置定位。

大多数人可能从小就熟悉这种现象：孩子站在秋千上，有节奏地弯曲和伸直膝盖以使其摆动。秋千沿着既定的路径越来越高。在物理学和应用数学中，这称为参数放大。它存在于许多电子设备中。

例如，这种效应可用于提高这些设备的灵敏度，从而提高测量的准确性。导航系统、智能手机和其他移动终端设备中的微米和纳米结构组件利用参数放大。它也用于自动驾驶汽车。慕尼黑工业大学的研究人员正在努力扩大这项技术的极限。现在发表在《非线性动力学》上的一项新研究计算了如何克服这些限制。

理论上扩大了参量放大的频率范围

“到目前为止，参数放大仅限于电气、光学或机械振动(也称为振荡)的非常窄的频率范围。就像摆动总是以固定频率来回一样。它不能走得更快，”纳米和量子传感器主席EvaWeig说道。“我们与达姆施塔特工业大学的研究人员合作，使用理论模型计算来找出扩大该频率范围时会发生什么。根据我们的计算，这可以大大提高传感器的灵敏度。”

研究人员对动态(即振荡)微米和纳米系统进行了建模。作为计算的起点，他们应用了马蒂厄-达芬系统。大多数电子设备都采用这种计算方法。要成为Mathieu-Duffing系统，系统必须满足三个标准：它必须具有两个或多个耦合振荡，必须存在数学上的非线性元素，并且必须发生参数放大。在这种情况下，如果振动的位移与所施加的驱动力不成比例，则元件是非线性的。

“我们的工作重点是异步参数放大。这种效果类似于两个连接但不同时推动的操场秋千，”纳米和量子传感器主席科学家艾哈迈德·巴拉卡特博士说。“在这种情况下，我们会看到宽带放大。因此，我们不能像以前一样只放大几个频率。相反，我们可以灵活地解决它们，这使我们能够显着扩展功能范围。”

参量放大的实际应用

参数放大的一个重要应用是微陀螺仪，这是一种转速传感器，不仅存在于每部智能手机中，而且也存在于卫星中。它可以被想象成一个旋转对称的陀螺，安装在可移动的轴承中。

如果研究人员能够改进参数放大，那么就有可能更精确地确定卫星的位置和路径。此外，参量放大还可以在未来的量子计算技术中发挥重要作用，例如在信号转换方面。