电子设备中的传感器使用高频信号工作。为了在测量中获得最大精确度，采用了参数放大效应。慕尼黑工业大学的研究人员正在研究这种效应如何显著扩展传感器的功能。可能的应用包括改进微型电机传感器的位置定位，例如智能手机中使用的传感器。

大多数人可能从童年时期就熟悉这种现象：站在秋千上，一个孩子会有节奏地弯曲和伸直他们的膝盖来推动秋千摆动。秋千沿着一个确定的路径飞得越来越高。在物理学和应用数学中，这被称为参数放大。它存在于许多电子设备中。

例如，这种效应被用于增加这些设备的灵敏度，以改善测量的准确性。导航系统、智能手机和其他移动终端设备中的微型和纳米结构组件利用了参数放大。它也被用于自动驾驶汽车中。慕尼黑工业大学的研究人员正在努力扩展这项技术的限制。现在发表在《非线性动力学》杂志上的一项新研究计算了如何克服这些限制。

到目前为止，参数放大在电气、光学或机械振动的一个非常窄的频率范围内受限，也被称为振荡。就像秋千总是以固定的频率来回摆动一样。它不能快速前进。与达姆施塔特工业大学的研究人员合作，我们使用了一个理论模型计算，研究了当频率范围扩展时会发生什么。根据我们的计算，这可以极大地提高传感器的灵敏度。

研究人员模拟了动态的微型和纳米系统。在计算的起点，他们采用了Mathieu-Duffing系统。这种计算方法在大多数电子设备中都被使用。要作为Mathieu-Duffing系统，系统必须满足三个条件：它必须具有两个或更多个耦合的振荡，数学上必须存在非线性元素，并且必须发生参数放大。在这种情况下，如果振荡的位移与施加的驱动力不成比例，元素就是非线性的。

“我们的工作集中在异步参数放大上。这种效应类似于两个连接在一起但不同时被推动的游乐场秋千，”纳米和量子传感器部门的科学家Ahmed Barakat博士说。“在这种情况下，我们看到了宽带放大。因此，我们不仅可以放大以前只能放大几个频率。而且我们可以灵活地处理它们，这使我们能够显着扩展功能范围。”

参数放大的实际应用

参数放大的一个重要应用是微陀螺仪，一种在每部智能手机和卫星中都存在的旋转速度传感器。它可以被想象成一个在可移动轴承上安装的旋转对称陀螺。

如果研究人员能够改善参数放大，将有可能更精确地确定卫星的位置和轨迹。此外，参数放大在量子计算技术中也可能扮演重要角色，例如在信号转换中。