リングレーザージャイロスコープとは何ですか？

リングレーザージャイロスコープは、2方向に移動するレーザービームを使用して角度の変化または方向を測定する精密機器です。 ジャイロスコープは、航空機や船舶のナビゲーションシステム、ミサイルや精密兵器の誘導システムに使用されます。 光を使用して方向の変化を測定する原理は、1913年に行われたフランスの科学者ジョルジュサニャックによる研究に基づいています。

ジャイロスコープは慣性の原理を使用して、方向または位置の変化を判断します。 回転するジャイロスコープホイールは、1つの位置にとどまりたいため、向きを変えられません。 これは、片側に押されたり、回転する自転車の車輪を片側に回そうとしたりするのを防ぐ回転するコマによって示されます。

リングレーザージャイロスコープは、ドップラー原理を利用してレーザー光線の違いを測定します。 1842年、Christian Dopplerは、音のソースが動いている場合、音の周波数がリスナーとは異なるように見えることを発見しました。 リスナーに向かって移動する音は高く表示され、離れるほど周波数は低く表示されます。 この効果は光でも発生し、レーザージャイロスコープはこの原理を利用します。これは、サニャックが発見したように、ジャイロスコープが移動または傾斜すると2つのビームがわずかに異なる距離を移動するためです。

リングレーザージャイロスコープの設計は、通常、3つの等しい辺を持つ三角形、または等しい辺を持つ箱です。 ヘリウムレーザーは三角形またはボックスの片側に配置され、レーザービームは三角形の周りを反対方向に送信されます。 ミラーとプリズムを使用して、2つのビームは検出器に送られ、干渉パターンと呼ばれる2つのビームによって形成される明るい線と暗い線の両方を調べます。 検出器は干渉パターンの変化を検出できます。干渉パターンは、ジャイロスコープが移動すると移動または位置がシフトします。

ジャイロスコープが水平になると、2つのレーザービームは既知の時間差で検出器に戻り、干渉パターンは静止します。 リングレーザージャイロスコープを片側に傾けると、レーザービームがわずかに異なる時間に戻り、干渉パターンは傾斜の量に応じた速度で移動します。 検出器は、正確な方向転換に使用される航空機のターンアンドバンクインジケーターの傾斜測定値を表示したり、方向ジャイロと呼ばれるナビゲーションに使用されるコンパスダイヤルを回したりするように調整できます。

リングレーザージャイロスコープ技術は、20世紀後半に機械式ジャイロスコープに取って代わり始めました。 それ以前は、ジャイロスコープは非常に高速で回転するホイールを使用して、安定したジャイロスコープ効果を生み出していました。 これらのジャイロスコープは、電力に圧縮空気または電気を必要とし、機械的摩擦による性能損失の影響を受けていました。 リングレーザージャイロスコープには可動部品がなく、キャリブレーションが完了すると、パフォーマンスの低下を最小限に抑えて優れた精度を実現できます。

初期のレーザージャイロスコープの問題は、方向または傾きの非常に小さな変化を測定するのが難しいことでした。 この効果はロックインと呼ばれ、2つのレーザービームが不動のジャイロスコープと同じ時間間隔で検出器に現れます。これは水平であると誤って解釈されます。 機械的ディザリングと呼ばれるこのエラーを防ぐ方法の1つは、振動スプリングを使用して検出器を特定の速度で動かし、ロックインを防ぎます。 別の方法では、ジャイロスコープを特定の速度で回転させて、誤ったレベルの測定を防止しますが、このユニットの生産はより高価です。