Giroscopio láser anillo

Para un sistema similar que utiliza cables de fibra óptica, consulte giroscopio óptico de fibra.

Giroscopio láser anillo.

A giroscopio láser anillo (RLG) consiste en un láser de anillo teniendo dos modos de la propagación por el mismo camino con el fin de detectar la rotación. Funciona sobre el principio de la Efecto Sagnac que cambia los valores nulos del patrón de ondas estacionarias interna en respuesta a la rotación angular. Interferencia entre las vigas de la multiplicación, observadas desde el exterior, refleja los cambios en ese patrón de onda estacionaria y así la rotación.

Descripción

El primer anillo experimental láser de giroscopio fue demostrada en los Estados Unidos por Macek y Davis en 1963. Diversas organizaciones en todo el mundo desarrollaron posteriormente tecnología láser anillo adicional. Muchas decenas de miles de RLGs están operando en sistemas de navegación inercial y han establecido una alta precisión, con mejor que la incertidumbre sesgo 0,01 ° / hora, y tiempo medio entre fallos más de 60.000 horas.

Representación esquemática de una configuración de anillo láser. En el lugar de muestreo de rayo, una fracción de cada una de las vigas counterpropagating sale de la cavidad del laser.

Giróscopos láser anillo pueden utilizarse como los elementos estables (para un grado de libertad cada uno) en un sistema de referencia inercial. La ventaja de utilizar un RLG es que no hay piezas móviles (aparte de "dither" del conjunto del motor, ver más abajo Descripción y láser de cierre), comparado con la hilatura convencional giroscopio. Esto significa que no hay ninguna fricción, que a su vez significa que no habrá ningún término deriva inherente. Además, la unidad entera es compacto, ligero y prácticamente indestructible, por lo que es conveniente para el uso en aeronaves. A diferencia de un giroscopio mecánico, el aparato no resiste cambios en su orientación.

Las aplicaciones contemporáneas del anillo del Laser del giroscopio (RLG) incluyen una capacidad GPS integrada para aumentar la precisión de los sistemas de navegación inercial (INS) RLG s en aviones militares, aviones comerciales, barcos y naves espaciales. Estas unidades de INS/GPS híbrido han reemplazado a sus contrapartes mecánicas en la mayoría de las aplicaciones. Ultra precisión es necesario sin embargo, girocompás spin basan INSs están todavía en uso hoy en día.

Principio de funcionamiento

Una cierta tasa de rotación induce una pequeña diferencia entre el tiempo que tarda la luz para atravesar el anillo en las dos direcciones según el Efecto Sagnac. Esto introduce una pequeña separación entre las frecuencias de las vigas contra propagación, una moción de la ondas estacionarias patrón dentro del anillo y por lo tanto un patrón de ritmo cuando esos dos rayos son interferidos fuera del ring. Por lo tanto el cambio neto de ese patrón de interferencia sigue la rotación de la unidad en el plano del anillo.

RLGs, mientras más precisos que los giróscopos mecánicos, sufren un efecto conocido como el "lock-in" en las tasas de rotación muy lenta. Cuando apenas está girando el láser del anillo, las frecuencias de los plantones contra láser modos ser casi idénticos. En este caso, puede permitir interferencia entre las vigas de la reproducción o de multiplicación inyección de bloqueo para que la onda "se atasca" en una fase preferida, así bloquear la frecuencia de cada rayo de uno al otro en lugar de responder a rotación gradual.

Forzado el tramado en gran medida puede superar este problema. La cavidad del laser de anillo se gira en sentido horario y antihorario alrededor de su eje usando un resorte mecánico impulsado por su frecuencia de resonancia. Esto asegura que la velocidad angular del sistema es generalmente lejos del umbral de bloqueo. Las tasas típicas son 400 Hz, con una velocidad de oscilación de pico de 1 segundo arco por segundo. "Dither" completamente no soluciona el problema de bloqueo en, como cada vez que se invierte el sentido de rotación, un intervalo a corto plazo existe en el cual la tasa de rotación es cercano a cero y bloqueo de puede ocurrir brevemente. Si se mantiene una oscilación de frecuencia pura, pueden acumular estos pequeños bloqueo en intervalos. Esto fue solucionado mediante la introducción de ruido a la vibración de 400 Hz.

El giroscopio de fibra óptico

Es un dispositivo de relacionados con la giroscopio óptico de fibra también actúa sobre la base de la Efecto Sagnac, sino en que el anillo no es parte del láser. Por el contrario, un láser externo inyecta vigas contra propagación en un fibra óptica anillo y luego la rotación del sistema provoca un desplazamiento de fase relativo entre esas vigas cuando interfirió después de su paso a través del anillo de fibra proporcional a la tasa de rotación. Por lo tanto es menos sensible que la RLG en el cual el cambio de fase externamente observada es proporcional a la rotación acumulada, no su derivado. Sin embargo la sensibilidad de la giroscopio de fibra destaca por tener una larga fibra óptica enrollada compacticidad, pero en el cual el Efecto Sagnac se multiplica según el número de vueltas.

Ejemplos de aplicaciones RLG

• Airbus A320
• Agni III
• ASM-135 Misil antisatélite de Estados Unidos.
• El Boeing 757-200.
• Boeing 777
• B - 52H con la actualización AMI.
• EF-111 Raven
• F-15E Strike Eagle
• F-16 Falcon lucha
• HAL Tejas
• MC-130E combate Garra I y MC - 130H Combat Talon II
• Guerrero MQ - 1C
• Sistema de navegación interna de la nave de MK39 utilizado en submarinos y naves de superficie de la OTAN
• P3 Orion (con actualización)
• Shaurya misil.
• MH-60R, MH-60S, SH60F y SH60B Helicópteros Seahawk
• Sukhoi Su-30MKI
• Tridente y Trident II Misiles
• PARALIGN Utilizado para la alineación de rodillos

Véase también

• Aplicaciones del láser
• Láser de construcción
• Láser ciencia
• Lista de los láseres
• Medio activo del laser
• Resonadores de anillo óptico
• Acelerómetros
• Giroscopio hemisférico resonador

Enlaces externos

• Grupo de investigación de Canterbury anillo láser
• Las armas y del Departamento de ingeniería de sistemas, United States Naval Academy
• Rey A.D. (1998). "Navegación inercial – cuarenta años de evolución". Revisión GEC (General Electric Company plc) 13 (3): 140 – 149.

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