Wat is een ringlasergyroscoop?

Een ringlasergyroscoop is een precisie -instrument dat een laserstraal gebruikt die in twee richtingen reist om veranderingen in hoek of een richting te meten. Gyroscopen worden gebruikt in navigatiesystemen voor vliegtuigen en schepen, en voor geleidingssystemen in raketten en precisiebeheers. Het principe van het gebruik van licht om veranderingen in de richting te meten, is gebaseerd op onderzoek door de Franse wetenschapper Georges Sagnac die in 1913 werd uitgevoerd.

Gyroscopen gebruiken het traagheidsbeginsel om richting of veranderingen in positie te bepalen. Een draaiend gyroscoopwiel wil in één positie blijven en zal het weerstaan ​​om te worden gedraaid. Dit kan worden aangetoond door een draaiende top die zal weerstaan ​​om naar één kant te worden geduwd, of probeert een draaiend fietsenwiel naar één kant te draaien.

Een ringlaser gyroscoop maakt gebruik van het Doppler -principe om verschillen in laserlichtbalken te meten. In 1842 ontdekte Christian Doppler dat de frequentie van geluid anders lijkt voor een luisteraar als de bron van het geluid beweegt. Klinkt bewegen naarEen luisteraar lijkt hoger en weggaat lager in frequentie. Het effect treedt ook op met licht en een lasergyroscoop maakt gebruik van dit principe omdat de twee stralen op iets verschillende afstanden reizen wanneer de gyroscoop wordt verplaatst of gekanteld, zoals gevonden door Sagnac.

Het ontwerp van een ringlasergyroscoop is normaal een driehoek met drie gelijke zijden, of een gelijkzijdige doos. Een heliumlaser wordt aan één kant van de driehoek of doos geplaatst en laserstralen worden in tegenovergestelde richtingen rond de driehoek verzonden. Met behulp van spiegels en prisma's worden de twee stralen naar een detector gestuurd die kijkt naar zowel de lichte als de donkere lijnen gevormd door de twee stralen, interferentiepatronen genoemd. De detector kan op zoek gaan naar veranderingen in de interferentiepatronen, die de positie verplaatsen of verschuiven als de gyroscoop wordt verplaatst.

Wanneer de gyroscoop gelijk is, keren de twee laserstralen terug naar de detector op een bekend tijdsverschil, enDe interferentiepatronen zijn stationair. Het kantelen van de ringlasergyroscoop aan de ene kant zorgt ervoor dat de laserstralen op iets verschillende tijden terugkeren en de interferentiepatronen bewegen met een snelheid die consistent is met de hoeveelheid kanteling. De detector kan worden gekalibreerd om een ​​tiltmeting te tonen voor een turn-and-bank-indicator op een vliegtuig dat wordt gebruikt voor precisie-wendingen, of om een ​​kompasknop te draaien die wordt gebruikt voor navigatie, een directionele gyro.

Ring laser gyroscooptechnologie begon mechanische gyroscopen te vervangen in de late 20e eeuw. Vóór die tijd gebruikten gyroscopen wielen met zeer hoge snelheden om een ​​stabiel gyroscoopeffect te creëren. Deze gyroscopen vereisten gecomprimeerde lucht of elektriciteit voor vermogen en waren onderworpen aan prestatieverliezen als gevolg van mechanische wrijving. De ringlasergyroscoop heeft geen bewegende delen en eenmaal gekalibreerd kan een uitstekende nauwkeurigheid geven met minimaal prestatieverlies.

Een probleem met vroege lasergyroscopen was moeite met het meten van zeer kleine veranderingen in DIRecion of kanteling. Dit effect wordt vergrendeling genoemd en de twee laserstralen verschijnen tegelijkertijd bij de detector toenemen als een niet-bewegende gyroscoop, die ten onrechte als niveau wordt geïnterpreteerd. Eén methode om te voorkomen dat deze fout, mechanische dithering genoemd, gebruikt een vibrerende veer om de detector met een specifiek tempo te verplaatsen om lock-in te voorkomen. Een andere methode draait de gyroscoop met een specifiek tempo om de metingen van het vals niveau te voorkomen, hoewel dit apparaat duurder is om te produceren.