Hvad er et ringlasergyroskop?

Et ringlasergyroskop er et præcisionsinstrument, der bruger en laserstråle, der kører i to retninger for at måle ændringer i vinkel eller en retning.Gyroskoper bruges i navigationssystemer til fly og skibe og til vejledningssystemer i missiler og præcisionsvåben.Princippet om at bruge lys til at måle retningsændringer er baseret på forskning fra den franske videnskabsmand Georges Sagnac udført i 1913.

Gyroskoper bruger princippet om inerti til at bestemme retning eller ændringer i position.Et spindende gyroskophjul ønsker at forblive i en position og vil modstå at blive vendt.Dette kan demonstreres af en spindingstop, der vil modstå at blive skubbet til den ene side, eller forsøger at dreje et spindende cykelhjul til den ene side.

En ringlasergyroskop gør brug af Doppler -princippet til at måle forskelle i laserlysstråler.I 1842 fandt Christian Doppler, at hyppigheden af lyd forekommer forskellig fra en lytter, hvis lyden kilden bevæger sig.Lyde, der bevæger sig mod en lytter, forekommer højere, og at bevæge sig væk forekommer lavere frekvens.Effekten opstår også med lys, og et lasergyroskop anvender dette princip, fordi de to stråler bevægerTre lige sider eller en lige sidet kasse.En heliumlaser placeres på den ene side af trekanten eller boksen, og laserstråler sendes i modsatte retninger omkring trekanten.Ved hjælp af spejle og prismer sendes de to bjælker til en detektor, der ser på både de lette og mørke linjer dannet af de to bjælker, kaldet interferensmønstre.Detektoren kan kigge efter ændringer i interferensmønstrene, der vil bevæge sig eller skifte position, hvis gyroskopet flyttes.

Når gyroskopet er niveau, vender de to laserstråler tilbage til detektoren ved en kendt tidsforskel, og interferensmønstrene erstationær.Vipning af ringlasergyroskop til den ene side får laserstrålerne til at vende tilbage på lidt forskellige tidspunkter, og interferensmønstrene bevæger sig med en hastighed, der er i overensstemmelse med mængden af hældning.Detektoren kan kalibreres for at vise en hældningsmåling for en drej-og-bank-indikator på et fly, der bruges til præcisionsvendinger, eller for at dreje et kompasskive, der bruges til navigation kaldet en retningsbestemt gyro.

Ringlasergyroskopteknologi begyndte at erstatte mekaniske gyroskoper i slutningen af det 20. århundrede.Før den tid brugte gyroskoper hjul spundet i meget høje hastigheder for at skabe en stabil gyroskopeffekt.Disse gyroskoper krævede trykluft eller elektricitet til strøm og var underlagt ydelsestab på grund af mekanisk friktion.Ringlasergyroskopet har ingen bevægelige dele, og når kalibreret kan give fremragende nøjagtighed med minimalt ydelsestab.

Et problem med tidlige lasergyroskoper var vanskeligheder med at måle meget små ændringer i retning eller vippe.Denne effekt kaldes lock-in, og de to laserbjælker vises på detektoren på samme tid forøgelse som et ikke-bevægende gyroskop, som forkert fortolkes som niveau.En metode til at forhindre denne fejl, kaldet mekanisk dithering, bruger en vibrerende fjeder til at flytte detektoren i en bestemt hastighed for at forhindre lock-in.En anden metode drejer gyroskopet i en bestemt hastighed for at forhindre måling af falske niveauer, skønt denne enhed er dyrere at fremstille.