Qu'est-ce qu'un gyroscope à anneau laser?
Un gyroscope à anneau laser est un instrument de précision qui utilise un faisceau laser se déplaçant dans deux directions pour mesurer les changements d’angle ou d’une direction. Les gyroscopes sont utilisés dans les systèmes de navigation pour avions et navires et pour les systèmes de guidage dans les missiles et les armes de précision. Le principe d'utilisation de la lumière pour mesurer les changements de direction est basé sur les recherches du scientifique français Georges Sagnac réalisées en 1913.
Les gyroscopes utilisent le principe d'inertie pour déterminer la direction ou les changements de position. Une roue de gyroscope en rotation veut rester dans une position et résistera à la rotation. Cela peut être démontré par une toupie qui résiste à l’opposition ou à l’essai de tourner une roue de vélo en rotation.
Un gyroscope à anneau laser utilise le principe Doppler pour mesurer les différences entre les faisceaux de lumière laser. En 1842, Christian Doppler a constaté que la fréquence du son semble différente pour un auditeur si la source du son est en mouvement. Les sons qui se dirigent vers un auditeur semblent plus élevés et ceux qui s'éloignent moins souvent. L'effet se produit également avec la lumière, et un gyroscope à laser utilise ce principe car les deux faisceaux se déplacent à des distances légèrement différentes lorsque le gyroscope est déplacé ou incliné, comme l'a constaté Sagnac.
La conception d’un gyroscope à anneau en anneau est généralement un triangle à trois côtés égaux, ou une boîte à côtés égaux. Un laser à l'hélium est placé sur un côté du triangle ou de la boîte et les faisceaux laser sont envoyés dans des directions opposées autour du triangle. À l'aide de miroirs et de prismes, les deux faisceaux sont envoyés à un détecteur qui examine à la fois les lignes claires et les lignes sombres formées par les deux faisceaux, appelées motifs d'interférence. Le détecteur peut rechercher des modifications dans les motifs d'interférence, qui se déplaceront ou changeront de position si le gyroscope est déplacé.
Lorsque le gyroscope est à niveau, les deux faisceaux laser retournent au détecteur à une différence de temps connue et les motifs d'interférence sont stationnaires. En inclinant le gyroscope laser en anneau sur un côté, les faisceaux laser sont renvoyés à des moments légèrement différents et les motifs d'interférence se déplacent à une vitesse correspondant à l'inclinaison. Le détecteur peut être calibré pour afficher une mesure d'inclinaison pour un indicateur de virage en virage sur un aéronef utilisé pour des virages de précision, ou pour tourner un cadran de boussole utilisé pour la navigation, appelé gyroscope directionnel.
La technologie des gyroscopes à laser en anneau a commencé à remplacer les gyroscopes mécaniques à la fin du 20e siècle. Auparavant, les gyroscopes utilisaient des roues tournées à très grande vitesse pour créer un effet de gyroscope stable. Ces gyroscopes nécessitaient de l’air comprimé ou de l’électricité pour fonctionner, et subissaient des pertes de performances dues aux frottements mécaniques. Le gyroscope à anneau laser ne comporte aucune pièce mobile et, une fois calibré, il offre une excellente précision avec une perte de performance minimale.
Un problème avec les premiers gyroscopes laser était la difficulté à mesurer de très petits changements de direction ou d’inclinaison. Cet effet est appelé verrouillage, et les deux faisceaux laser apparaissent sur le détecteur en même temps que l'incrément d'un gyroscope non en mouvement, ce qui est interprété à tort comme étant de niveau. Une méthode pour éviter cette erreur, appelée "dithering mécanique", utilise un ressort vibrant pour déplacer le détecteur à une vitesse spécifique pour éviter le blocage. Une autre méthode fait tourner le gyroscope à une vitesse spécifique pour empêcher les mesures de faux niveau, bien que cette unité soit plus coûteuse à produire.