Co je to prstenový laserový gyroskop?
Prstencový laserový gyroskop je přesný přístroj, který používá laserový paprsek pohybující se ve dvou směrech k měření změn úhlu nebo směru. Gyroskopy se používají v navigačních systémech pro letadla a lodě a pro naváděcí systémy v raketách a přesných zbraních. Princip použití světla k měření změn směru je založen na výzkumu francouzského vědce Georgesa Sagnaca provedeného v roce 1913.
Gyroskopy používají k určení směru nebo změn polohy princip setrvačnosti. Rotující kolo gyroskopu chce zůstat v jedné poloze a bude odolávat otáčení. To lze prokázat rotačním topem, který bude odolávat tlačení na jednu stranu nebo pokusu otočit točící se kolo kola na jednu stranu.
Prstencový laserový gyroskop využívá Dopplerův princip k měření rozdílů v laserových světelných paprskech. V 1842, Christian Doppler zjistil, že frekvence zvuku se zdá odlišná od posluchače, pokud se zdroj zvuku pohybuje. Zvuky, které se pohybují směrem k posluchači, se zdají být vyšší a pohybující se směrem pryč se jeví nižší. K tomuto efektu dochází také se světlem a laserový gyroskop používá tento princip, protože dva paprsky se pohybují v mírně odlišných vzdálenostech, když se gyroskop pohybuje nebo naklápí, jak zjistil Sagnac.
Konstrukce prstencového laserového gyroskopu je obvykle trojúhelník se třemi stejnými stranami nebo krabička se stejnou stranou. Heliový laser je umístěn na jedné straně trojúhelníku nebo krabice a laserové paprsky jsou posílány v opačných směrech kolem trojúhelníku. Pomocí zrcadel a hranolů jsou dva paprsky poslány do detektoru, který sleduje jak světelné, tak tmavé linie tvořené těmito dvěma paprsky, nazývané interferenční vzory. Detektor může hledat změny v interferenčních vzorcích, které se budou pohybovat nebo posouvat, pokud se gyroskop pohne.
Když je gyroskop ve vodorovné poloze, dva laserové paprsky se vracejí do detektoru se známým časovým rozdílem a interferenční vzorce jsou nehybné. Naklonění prstencového laserového gyroskopu na jednu stranu způsobí, že se laserové paprsky vracejí v mírně odlišných časech a interferenční vzorce se pohybují rychlostí shodnou s velikostí náklonu. Detektor může být kalibrován tak, aby zobrazoval měření náklonu pro ukazatel otáčení a náklonu na letadle používaném pro přesné zatáčky, nebo pro otočení číselníku kompasu používaného pro navigaci nazývaného směrový gyroskop.
Technologie prstencového laserového gyroskopu začala na konci 20. století nahrazovat mechanické gyroskopy. Před tím gyroskopy používaly kola, která se točily při velmi vysokých rychlostech, aby se vytvořil stabilní gyroskopický efekt. Tyto gyroskopy vyžadovaly stlačený vzduch nebo elektřinu a byly vystaveny výkonovým ztrátám v důsledku mechanického tření. Prstencový laserový gyroskop nemá žádné pohyblivé části a jakmile je kalibrován, může poskytnout vynikající přesnost s minimální ztrátou výkonu.
Problémem časných laserových gyroskopů byly potíže s měřením velmi malých změn směru nebo náklonu. Tento efekt se nazývá blokování a oba laserové paprsky se objevují na detektoru současně s přírůstkem jako nepohyblivý gyroskop, který je nesprávně interpretován jako hladina. Jeden způsob, jak zabránit této chybě, nazývaný mechanický rozklad, používá vibrační pružinu k pohybu detektoru specifickou rychlostí, aby se zabránilo zablokování. Jiná metoda točí gyroskop specifickou rychlostí, aby se zabránilo falešným úrovním měření, ačkoli tato jednotka je dražší vyrobit.