ژیروسکوپ لیزری حلقوی (Ring Laser Gyroscope)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ژیروسکوپ لیزری حلقوی (Ring Laser Gyroscope) :
ژیروسکوپ لیزری حلقوی (RLG) یکی از دقیق ترین انواع ژیروسکوپ های نوری است که بر اساس اثر ساگناک کار می کند، اما با یک تفاوت اساسی: در RLG، منبع نور (لیزر) درون یک حفره حلقه ای (معمولا مثلثی یا مربعی) قرار دارد و دو پرتو لیزر در خلاف جهت هم در این حفره به نوسان درمی آیند. حفره با گاز هلیوم-نئون (He-Ne) پر شده است و با آینه های با بازتاب بالا، مسیر بسته ای برای نور ایجاد می کند. دو پرتو لیزر مجزا (ساعتگرد و پادساعتگرد) در این حلقه تشکیل می شوند.
وقتی حلقه می چرخد، به دلیل اثر ساگناک، طول مسیر نوری مؤثر برای دو پرتو متفاوت می شود. این تفاوت در طول مسیر باعث تغییر فرکانس دو پرتو لیزر می شود (تغییر فرکانس متناسب با سرعت چرخش). دو پرتو با هم ترکیب شده و یک الگوی تداخلی (فرکانس ضربان - beat frequency) ایجاد می کنند. فرکانس ضربان مستقیما با سرعت زاویه ای متناسب است:
\[ \Delta f = \frac{4A}{\lambda L} \Omega \]که
\[ A \]مساحت محصور توسط حلقه،
\[ L \]محیط حلقه و
\[ \lambda \]طول موج لیزر است. با شمارش تعداد ضربان ها در واحد زمان، می توان تغییر زاویه را به دست آورد.
\[ \Delta f = \frac{4A}{\lambda L} \Omega \quad \Rightarrow \quad \text{تغییر زاویه} = \int \Omega dt \propto \text{تعداد ضربان ها} \]یک مشکل اساسی در RLG، پدیده "قفل شدگی" (lock-in) در سرعت های چرخش پایین است. در این حالت، دو پرتو به دلیل جفت شدگی ناشی از پراکندگی آینه ها، فرکانس یکسانی پیدا می کنند و ضربانی تولید نمی شود. برای رفع این مشکل، از یک ارتعاش مکانیکی با فرکانس بالا (dither) استفاده می شود تا سنسور را مجبور به کار در ناحیه خطی کند.
مزایای RLG: دقت بسیار بالا و پایداری عالی (به دلیل ماهیت بنیادی اندازه گیری فرکانس)، قابلیت اطمینان بالا (بدون قطعات متحرک به جز dither)، و محدوده دینامیکی وسیع. معایب: هزینه بسیار بالا، اندازه نسبتا بزرگ، نیاز به ساخت بسیار دقیق آینه ها و حفره، و نیاز به ولتاژ بالا برای تحریک لیزر.
کاربردها: سیستم های ناوبری اینرسی مرجع در هواپیماهای تجاری و نظامی (مانند بوئینگ ۷۴۷)، موشک های بالستیک قاره پیما، زیردریایی های هسته ای، و سکوهای فضایی. RLGها استاندارد طلایی برای ناوبری دقیق در کاربردهای حیاتی هستند.
