Un laser en
anneau gyroscope est un instrument de précision qui utilise un faisceau laser
de déplacement dans les deux sens pour mesurer les changements d'angle, ou une
direction. Gyroscopes sont utilisés dans les systèmes de navigation pour avions
et navires, et pour les systèmes de guidage de missiles et d'armes de
précision. Le principe de l'utilisation de la lumière pour mesurer les
changements de direction sont basés sur la recherche par le scientifique
français Georges Sagnac réalisée en 1913.
Gyroscopes
utilisent le principe d'inertie pour déterminer la direction ou des changements
de position. Une roue de gyroscope en rotation veut rester dans une position et
résister à être tourné. Cela peut être démontré par une toupie qui résistera à
être poussé d'un côté, ou de tenter de tourner une roue de bicyclette tourner
d'un côté.
Un gyroscope à
laser en anneau utilise le principe Doppler pour mesurer les différences de
faisceaux de lumière laser. En 1842, Christian Doppler constaté que la
fréquence du son semble différent d'un auditeur si la source sonore est en
mouvement. Sons déplacer vers un auditeur semble plus élevé, et de s'éloigner
semble inférieure à la fréquence. L'effet se produit également avec la lumière,
et un gyroscope laser utilise ce principe parce que les deux faisceaux se
propagent à des distances légèrement différentes lorsque le gyroscope est
déplacé ou incliné, comme l'a constaté Sagnac.
La conception
d'un gyroscope à laser en anneau est généralement un triangle avec trois côtés
égaux, ou une boîte isocèle. Un laser à hélium est placé sur un côté du triangle
ou de la boîte, et des faisceaux laser sont envoyés dans des directions
opposées autour du triangle. Utilisation de miroirs et de prismes, les deux
faisceaux sont envoyés à un détecteur qui porte à la fois les lignes claires et
sombres formées par les deux faisceaux, appelés motifs d'interférence. Le
détecteur peut déceler des changements dans les modèles d'interférence, qui
déplacer ou changer de position si le gyroscope est déplacé.
Lorsque le
gyroscope est de niveau, les deux faisceaux laser de retour vers le détecteur à
une différence de temps connue, et les motifs d'interférence sont
stationnaires. L'inclinaison du gyroscope à laser en anneau d'un côté entraîne
les faisceaux laser pour revenir à des moments légèrement différents, et les
motifs d'interférence se déplacer à une vitesse compatible avec le degré
d'inclinaison. Le détecteur peut être calibré pour montrer une mesure
d'inclinaison pour un indicateur tour-et-banque sur un aéronef utilisé pour les
virages de précision, ou de tourner un cadran de la boussole utilisée pour la
navigation appelé un gyroscope directionnel.
La technologie
de gyroscope laser Ring a commencé à remplacer les gyroscopes mécaniques à la
fin du 20e siècle. Avant cette date, gyroscopes roues utilisés en rotation à
des vitesses très élevées pour créer un effet gyroscopique stable. Ces
gyroscopes nécessaires air comprimé ou de l'électricité pour le pouvoir, et ont
été soumises à des pertes de rendement dues au frottement mécanique. Gyroscope
à laser en anneau comporte aucune pièce mobile, et une fois calibrée peut
donner une excellente précision avec un minimum de perte de performance.
Un problème avec
les premiers gyroscopes laser était difficile de mesurer de très petits
changements de direction ou inclinaison. Cet effet est appelé lock-in, et les
deux faisceaux laser apparaissent au niveau du détecteur au même incrément de
temps comme un gyroscope non mobile, qui est interprété à tort comme étant de
niveau. Une méthode pour éviter cette erreur, appelé tramage mécanique, utilise
un ressort vibrant pour déplacer le détecteur à un taux spécifique pour éviter
lock-in. Une autre méthode fait tourner le gyroscope à une vitesse spécifique
afin d'éviter les fausses mesures de niveau, si cet appareil est plus coûteux à
produire.
