Um giroscópio a laser de anel é um instrumento de precisão que usa um feixe de laser viajando em duas direções para medir mudanças no ângulo ou na direção. Os giroscópios são usados em sistemas de navegação para aeronaves e navios e em sistemas de orientação em mísseis e armas de precisão. O princípio de usar a luz para medir mudanças de direção baseia-se em pesquisas do cientista francês Georges Sagnac, realizadas em 1913.
Os giroscópios usam o princípio de inércia para determinar a direção ou as mudanças de posição. Uma roda giratória do giroscópio deseja permanecer em uma posição e resistirá a ser girada. Isso pode ser demonstrado por um pião que resistirá a ser empurrado para um lado ou tentando girar uma roda de bicicleta giratória para um lado.
Um giroscópio a laser de anel faz uso do princípio Doppler para medir diferenças nos feixes de luz do laser. Em 1842, Christian Doppler descobriu que a frequência do som parece diferente para um ouvinte se a fonte do som estiver em movimento. Os sons que se movem em direção a um ouvinte parecem mais altos e os que se afastam parecem mais baixos em frequência. O efeito também ocorre com a luz, e um giroscópio a laser utiliza esse princípio porque os dois feixes viajam a distâncias ligeiramente diferentes quando o giroscópio é movido ou inclinado, conforme encontrado por Sagnac.
O design de um giroscópio a laser de anel é normalmente um triângulo com três lados iguais ou uma caixa do mesmo lado. Um laser de hélio é colocado em um lado do triângulo ou caixa e os raios laser são enviados em direções opostas ao redor do triângulo. Usando espelhos e prismas, os dois raios são enviados para um detector que observa as linhas claras e escuras formadas pelos dois raios, chamados padrões de interferência. O detector pode procurar alterações nos padrões de interferência, que se moverão ou mudarão de posição se o giroscópio for movido.
Quando o giroscópio está nivelado, os dois raios laser retornam ao detector em uma diferença de tempo conhecida, e os padrões de interferência são estacionários. Inclinar o giroscópio a laser de anel para um lado faz com que os raios laser retornem em momentos ligeiramente diferentes, e os padrões de interferência se movem a uma taxa consistente com a quantidade de inclinação. O detector pode ser calibrado para mostrar uma medição de inclinação de um indicador de curva e curva em uma aeronave usada para curvas de precisão ou para girar um mostrador de bússola usado para navegação chamado giroscópio direcional.
A tecnologia do giroscópio a laser de anel começou a substituir os giroscópios mecânicos no final do século XX. Antes disso, os giroscópios usavam rodas giradas a velocidades muito altas para criar um efeito estável do giroscópio. Esses giroscópios requeriam ar comprimido ou eletricidade para poder, e estavam sujeitos a perdas de desempenho devido ao atrito mecânico. O giroscópio a laser de anel não possui partes móveis e, uma vez calibrado, pode oferecer excelente precisão com perda mínima de desempenho.
Um problema com os giroscópios a laser iniciais era a dificuldade em medir mudanças muito pequenas na direção ou inclinação. Esse efeito é chamado de bloqueio e os dois feixes de laser aparecem no detector ao mesmo tempo incrementados como um giroscópio não móvel, que é incorretamente interpretado como nivelado. Um método para evitar esse erro, chamado pontilhamento mecânico, usa uma mola vibratória para mover o detector a uma taxa específica para impedir o travamento. Outro método gira o giroscópio a uma taxa específica para impedir as medições de nível falso, embora essa unidade seja mais cara de produzir.
