Laserski žiroskop
Laserski žiroskop je optički uređaj (instrument) za merenje promena ugla. Svoj rad zasniva na Sanjakovom i efektu interferencije svetlosti. Najčešće je korišćen u inercijalnim navigacionim sistemima. Rad ovog žiroskopa je prvi put eksperimentalno demonstriran 1963. godine u SAD od strane Mačeka i Dejvisa:(engl. Warren M. Macek, D. T. M. Davis)[1]. Laserski žiroskopi imaju veliki broj prednosti u odnosu na konvencionalne žiroskope[2]
- Nemaju pokretne delove,
- Jednostavne su konstrukcije,
- Imaju velik dijapazon merenja uglovnih brzina,
- Neosetljivost na ubrzanja i preopterećenja,
- Izlaz je običnu u digitalnom formatu,
- Brz odziv — ispod 50 ms, što omogućava merenje ugaonih pomeranja reda 0,5°/čas,
- Visoka pouzdanost i dugačak radni (eksploatacioni) vek (iznad 30000 radih sati)
- Niska cena održavanja u odnosu na karakteristike
Određivanje rotacije u prostoru zahteva tri prstena, koji su raspoređeni u tri međusobno normalne ravni.
Princip rada žiroskopa sa pasivnim prstenom
[uredi | uredi izvor]
Snop laserske svetlosti koji se emituje iz jednog izvora, pada na delimično refleksivnu planparalelnu ploču i deli se na dva dela (odbijeni i propušteni): jedan deo prolazi kroz ploču (ogledalo), a drugi se odbija. Svaki deo se usmerava u istu zatvorenu putanju, ali u suprotnim smerovima. Laserski žiroskop je konstruisan u obliku pravougaonika ili trogula, a snopovi se odbijaju od dobro uglačanih ogledala u temenima. U slučaju da nema rotacije sistema oko ose, onda oba snopa istovremeno dolaze na ulaz fotoprijemnika, jer prelaze isti put. Usled rotacije, snopovi svetlosti neće preći puteve istih dužina za isto vreme, tj. snop koja putuje u smeru rotacije će prevaliti veći put, a snop koja ide u suprotnom smeru manji. Javiće se fazni pomak na izlazu. Inerferometrijskim upoređivanjem oba snopa određuje se promena frekvencije koja je proporcionalna rotaciji. Ako se prvobitni pravac tačno odredi nekim drugim načinom, laserski žiroskop će tada registrovati svaku daljnju promenu kursa.
Celokupna struktura, sa izvorom svetlosti, prstenastim svetlovodom, ogledalima koji dele svetlost i detektorima svetlosti se naziva Sanjakov interferometar.[3]
Princip rada žiroskopa sa aktivnim prstenom
[uredi | uredi izvor]
Najznačajniji deo žiroskopa sa laserskim prstenom, predstavlja laser sa kružnim rezonatorom koji se nalazi unutar prstena. U rezonantnoj šupljini lasera se formiraju dva snopa, koji se prostiru u suprotnim smerovima. Uslov rezonancije (maksimalno pojačanje) koji treba zadovolji progresivni svetlosni talas je dat izrazom mL=λ, gde su λ — talasna dužina, L - dužina rezonantne šupljine i m — ceo broj. Otuda će svaka promena u dužini šupljine dovesti do promene uslova pojačanja, odnosno do promene talasne dužine na izlazu. Do promene dužine šupljine, dolazi pri rotiranju žiroskopa oko ose (Sanjakov efekat). Svetlosni snopovi koji se prostiru u suprotnim pravcima prelaze različite puteve (npr. ogledala u temenima trougla će se kretati u susret jednom snopu pa on prelazi manje rastojanje u odnosu na snop od kojeg se ogledala udaljuju). Frekvencija progresivnih talasa određena je brzinom rotacije kružnog rezonatora u inercijalnom prostoru. Za razliku od žiroskopa sa paivnim prstenom, ovde na izlazu imamo umesto fazne razlike, razliku u talasnim dužinama (odnosno u frekvencijama) dva snopa koje upoređujemo.[2] Na osnovu frekvencijske razlike talasa koji se kreću u suprotnim smerovima, a koja je proporcionalna ugaonoj brzini, mogu se neposredno odrediti parametri rotacije.
Fiber-optički žiroskop
[uredi | uredi izvor]Srodan uređaj laserskom žiroskopu je fiber-optički žiroskop, koji takođe radi na osnovu Sanjakovog efekta, ali kod koga je prsten fiber-optičko vlakno. Laserski snop se ubacuje spolja, i deli se na dva kontra-propagirajuća dela. Kao u slučaju žiroskopa sa pasivnim prstenom, rotacija sistema izaziva relativni fazni pomeraj između snopova. Manje su osetljivi u odnosu na žiroskop sa aktivnim prstenom, međutim osetljivost se može povećati tako što će se optički kabl namotati u veći broj prstenova, usled čega će se multiplikovati Sanjakov efekat.
Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ Macek, Warren M.; D. T. M. Davis (1963). „Rotation rate sensing with traveling-wave ring lasers”. Applied Physics Letters. vol. 2: 67–68.
- ^ a b James H. Sharp. „Laser Gyroscopes” (PDF) (na jeziku: engleski). Arhivirano iz originala (PDF) 11. 06. 2004. g. Pristupljeno 11. 12. 2011.
- ^ Predrag Grozdanović, Brzina i ubrzanje, pregled senzora i primer konkretne primene
Literatura
[uredi | uredi izvor]- Dragiša Ivanović, Fizika 2 - Elektromagnetika i optika; Beograd (1976) Naučna knjiga.
- Aleksandar Milojević, Talasna optika; Beograd (1970) Zavod za izdavanje udžbenika.
Spoljašnje veze
[uredi | uredi izvor]
- Rabeendran, Nishanthan. A Study of Ring Laser Gyroscopes (PDF) (na jeziku: engleski). University of Canterbury. Arhivirano iz originala (PDF) 08. 02. 2013. g. Pristupljeno 14. 12. 2011.
- „Optical gyroscopes”. Encyclopædia Britannica Online. 14. 12. 2011.
- Precise Monitoring of the Earth Rotation by Ring Lasers Arhivirano na sajtu Wayback Machine (11. januar 2012), pristupljeno na dan 14. decembar 2011.
- MK 39 MOD 3A Ring Laser (PDF) (na jeziku: (jezik: engleski)). Northrop Grumman Electronic Systems — Sperry Marine. Arhivirano iz originala (PDF) 05. 02. 2009. g. Pristupljeno 14. 12. 2011.
- C. H. Volk; S. C. Gillespie; J. G. Mark; D. A. Tazartes. Multioscillator Ring Laser Gyroscopes and Their Application (PDF) (na jeziku: engleski). Northrop Grumman. Arhivirano iz originala (PDF) 06. 07. 2012. g. Pristupljeno 14. 12. 2011.
- Shamir, Adi. An overview of Optical Gyroscopes Theory, Practical Aspects, Applications and Future Trends (PDF) (na jeziku: engleski). Nepoznati parametar
|origdate=ignorisan [|orig-year=se preporučuje] (pomoć) - Aronowitz, Dr. Frederick. FUNDAMENTALS OF THE RING LASER GYRO (PDF) (na jeziku: (jezik: engleski)).[mrtva veza]
- „The Sagnac Effect”. (www.mathpages.com). 14. 12. 2011.
- Post, E. J. Sagnac Effect (PDF) (na jeziku: engleski). Air Force Cambridge Research Laboratories.
