Τι είναι ένα γυροσκόπιο λέιζερ δακτυλίου;

Ένα γυροσκόπιο λέιζερ δακτυλίου είναι ένα όργανο ακριβείας που χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ που ταξιδεύει σε δύο κατευθύνσεις για να μετρήσει τις αλλαγές στη γωνία ή μια κατεύθυνση.Τα γυροσκόπια χρησιμοποιούνται σε συστήματα πλοήγησης για αεροσκάφη και πλοία και για συστήματα καθοδήγησης σε πυραύλους και όπλα ακριβείας.Η αρχή της χρήσης του φωτός για τη μέτρηση των αλλαγών στην κατεύθυνση βασίζεται στην έρευνα από τον Γάλλο επιστήμονα Georges Sagnac που εκτελείται το 1913.

Τα γυροσκόπια χρησιμοποιούν την αρχή της αδράνειας για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης ή των αλλαγών στη θέση.Ένας περιστρεφόμενος τροχός γυροσκοπίου θέλει να παραμείνει σε μία θέση και θα αντισταθεί στη μετατροπή.Αυτό μπορεί να αποδειχθεί από μια περιστρεφόμενη κορυφή που θα αντισταθεί στην ώθηση στη μία πλευρά ή προσπαθώντας να μετατρέψει έναν περιστρεφόμενο τροχό ποδηλάτου στη μία πλευρά.

Ένα γυροσκόπιο λέιζερ δακτυλίου χρησιμοποιεί την αρχή του Doppler για να μετρήσει τις διαφορές στις δοκούς φωτός λέιζερ.Το 1842, ο Christian Doppler διαπίστωσε ότι η συχνότητα του ήχου φαίνεται διαφορετική από έναν ακροατή αν η πηγή του ήχου κινείται.Οι ήχοι που κινούνται προς έναν ακροατή εμφανίζονται υψηλότεροι και η απομάκρυνση του φαίνεται χαμηλότερη στη συχνότητα.Το αποτέλεσμα εμφανίζεται επίσης με το φως και ένα γυροσκόπιο λέιζερ χρησιμοποιεί αυτή την αρχή επειδή οι δύο δοκοί ταξιδεύουν σε ελαφρώς διαφορετικές αποστάσεις όταν το γυροσκόπιο μετακινείται ή κλίνει, όπως διαπιστώθηκε από το Sagnac.Τρεις ίσες πλευρές, ή ένα κιβώτιο ίσης όψης.Ένα λέιζερ ηλίου τοποθετείται στη μία πλευρά του τριγώνου ή του κιβωτίου και οι δέσμες λέιζερ αποστέλλονται σε αντίθετες κατευθύνσεις γύρω από το τρίγωνο.Χρησιμοποιώντας καθρέφτες και πρίσματα, οι δύο δοκοί αποστέλλονται σε έναν ανιχνευτή που εξετάζει τόσο τις φωτεινές όσο και τις σκοτεινές γραμμές που σχηματίζονται από τις δύο δοκούς, που ονομάζονται πρότυπα παρεμβολής.Ο ανιχνευτής μπορεί να αναζητήσει αλλαγές στα πρότυπα παρεμβολής, τα οποία θα μετακινηθούν ή θα μετατοπίσουν τη θέση εάν το γυροσκόπιο μετακινηθεί.

Όταν το γυροσκόπιο είναι επίπεδο, οι δύο δέσμες λέιζερ επιστρέφουν στον ανιχνευτή σε γνωστή χρονική διαφορά και τα πρότυπα παρεμβολής είναιακίνητος.Η κλίση του γυροσκοπίου λέιζερ δακτυλίου προς τη μία πλευρά προκαλεί την επιστροφή των δοκών λέιζερ σε ελαφρώς διαφορετικές χρονικές στιγμές και τα πρότυπα παρεμβολής κινούνται με ρυθμό σύμφωνα με την ποσότητα κλίσης.Ο ανιχνευτής μπορεί να βαθμονομηθεί για να δείξει μια μέτρηση κλίσης για έναν δείκτη στροφής και τραπεζαρίας σε ένα αεροσκάφος που χρησιμοποιείται για στροφές ακριβείας ή για να μετατρέψει έναν πίνακα πυξίδας που χρησιμοποιείται για πλοήγηση που ονομάζεται κατευθυντική γυροσκόπηση.

Η τεχνολογία γυροσκοπίου λέιζερ δακτυλίου άρχισε να αντικαθιστά τα μηχανικά γυροσκόπια στα τέλη του 20ού αιώνα.Πριν από εκείνη την εποχή, τα γυροσκόπια χρησιμοποίησαν τροχούς περιστράφηκαν σε πολύ υψηλές ταχύτητες για να δημιουργήσουν ένα σταθερό γυροσκόπιο.Αυτά τα γυροσκόπια απαιτούσαν συμπιεσμένο αέρα ή ηλεκτρικό ρεύμα για ισχύ και υπόκεινται σε απώλειες απόδοσης λόγω μηχανικής τριβής.Το γυροσκόπιο λέιζερ δακτυλίου δεν έχει κινούμενα μέρη και μόλις βαθμονομηθεί μπορεί να δώσει εξαιρετική ακρίβεια με ελάχιστη απώλεια απόδοσης.

Ένα πρόβλημα με τα πρώιμα γυροσκόπια λέιζερ ήταν δυσκολία στη μέτρηση πολύ μικρών αλλαγών στην κατεύθυνση ή την κλίση.Αυτή η επίδραση ονομάζεται Lock-in και οι δύο δέσμες λέιζερ εμφανίζονται στον ανιχνευτή ταυτόχρονα, με ένα μη μεταβαλλόμενο γυροσκόπιο, το οποίο ερμηνεύεται λανθασμένα ως επίπεδο.Μία μέθοδος για την πρόληψη αυτού του σφάλματος, που ονομάζεται μηχανική dithering, χρησιμοποιεί ένα δονητικό ελατήριο για να μετακινήσει τον ανιχνευτή με συγκεκριμένο ρυθμό για να αποφευχθεί η κλειδαριά.Μια άλλη μέθοδος περιστρέφει το γυροσκόπιο με συγκεκριμένο ρυθμό για να αποτρέψει τις μετρήσεις ψευδών επιπέδων, αν και αυτή η μονάδα είναι πιο δαπανηρή για την παραγωγή.