링 레이저 자이로스코프

Ring laser gyroscope
광섬유 케이블을 사용하는 다소 유사한 시스템에 대해서는 광섬유 자이로스코프를 참조하십시오.
링 레이저 자이로스코프

링 레이저 자이로스코프(RLG)는 동일한 경로 상에 2개의 독립된 역전파 공진 모드를 가진 링 레이저로 구성되어 있으며 위상차는 회전을 검출하기 위해 사용된다.각 회전에 따라 내부 정재파 패턴의 늘을 이동하는 사그낙 효과의 원리에 따라 작동합니다.외부에서 관측된 역전파 빔 간의 간섭은 정재파 패턴의 움직임을 일으켜 회전을 나타낸다.

묘사

최초의 실험 링 레이저 자이로스코프는 1963년 [1]메섹과 데이비스에 의해 미국에서 시연되었다.그 후, 전 세계의 다양한 조직이 링 레이저 기술을 한층 더 개발했습니다.수만 개의 RLG가 관성 항법 시스템에서 작동하고 있으며, 0.01°/시 바이어스 불확실성 및 60,000시간을 초과하는 고장 사이의 평균 시간으로 높은 정확도를 확립했다.

링 레이저 설정의 개략도.빔 샘플링 위치에서는 각 역전파 빔의 일부가 레이저 캐비티를 빠져나간다.

링 레이저 자이로스코프는 관성 기준 시스템에서 안정 요소(각각 1 자유도)로 사용할 수 있습니다.RLG를 사용하면 기존의 회전 자이로스코프에 비해 움직이는 부품이 없다는 장점이 있습니다(디저 모터 어셈블리 이외, 아래의 자세한 설명 및 레이저 잠금 참조).이것은 마찰이 없다는 것을 의미하며, 이는 결국 드리프트의 중요한 원천을 제거한다.또한 전체 유닛은 소형, 경량, 내구성이 뛰어나 항공기, 미사일, 위성 등의 모바일 시스템에 적합합니다.기계식 자이로스코프와 달리 이 장치는 방향의 변화에 저항하지 않습니다.

링 레이저 자이로스코프(RLG)는 군용 항공기, 상업용 여객기, 선박 및 우주선에서 RLG 관성 항법 시스템(INS)의 정확도를 더욱 높이기 위해 내장된 GPS 기능을 포함하고 있다.이러한 하이브리드 INS/GPS 유닛은 대부분의 애플리케이션에서 기계적 유닛을 대체했습니다.그러나 초정밀이 필요한 경우에는 스핀 자이로 기반의 INS가 [2]오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다.

작동 원리

일정한 회전 속도는 Sagnac 효과에 따라 빛이 링을 양방향으로 통과하는 데 걸리는 시간 간의 작은 차이를 유도한다.이를 통해 대향 전파 빔의 주파수, 링 내의 정재파 패턴의 움직임, 두 빔이 링 밖에서 간섭될 때의 비트 패턴 사이에 미세한 차이가 발생합니다.따라서 이 간섭 패턴의 순변위는 링 평면에서의 유닛 회전을 따릅니다.

RLG는 기계식 자이로스코프보다 정확하지만 매우 느린 회전 속도에서 "잠금"으로 알려진 효과를 겪습니다.링 레이저가 거의 회전하지 않으면 역전파 레이저 모드의 주파수가 거의 같아집니다.이 경우 역전파빔 간의 크로스톡에 의해 정재파가 바람직한 위상으로 "붙어"지도록 사출잠금이 가능해져 각 빔의 주파수가 점진적인 회전에 반응하지 않고 다른 빔의 주파수에 고정된다.

강제 디더링으로 이 문제를 해결할 수 있습니다.링 레이저 공동은 공진 주파수로 구동되는 기계 스프링을 사용하여 축을 중심으로 시계 방향과 시계 반대 방향으로 회전합니다.이것에 의해, 시스템의 각속도는 통상, 록인 임계치로부터 멀어지는 것이 보증됩니다.일반적인 속도는 400Hz이며, 초당 1도 정도의 최대 디저 속도가 있습니다.회전 방향이 반전될 때마다 회전 속도가 0에 가깝고 잠시 동안 록인이 발생하는 짧은 시간 간격이 존재하기 때문에 록인 문제는 완전히 해결되지 않습니다.순수 주파수 발진이 유지되면 이러한 작은 록인 간격이 누적될 수 있습니다.이 문제는 400Hz의 [3]진동에 노이즈를 발생시킴으로써 해결되었습니다.

록인을 회피하기 위한 다른 접근방식은 멀티오실레이터 링 레이저 자이로스코프에 구현되어 있으며, 이 자이로스코프는 [4][5]서로 반대되는 원형 편광의 2개의 독립 링 레이저(각각은 2개의 역전파 빔을 가진다)가 같은 링 공진기에 공존하고 있다.공진기는 편광 회전(비평면 기하학을 통해)을 통합하여 4중 퇴화 공동 모드(각각 2방향, 편광)를 수백 MHz로 분리된 오른쪽 및 왼쪽 원 편광 모드로 분할하고, 각각 2개의 역전파 빔을 가집니다.특수 얇은 패러데이 회전 장치 또는 이득 매체의 세로 자기장을 통해 패러데이 효과를 통한 비호환 바이어스는 각 원형 편광을 일반적으로 수백 kHz로 더 분할하여 각 링 레이저가 수백 kHz의 정적 출력 비트 주파수를 갖도록 합니다.하나의 주파수는 관성회전이 존재할 때 증가하고 하나의 주파수는 감소하며, 두 주파수를 측정하여 디지털 감산하여 최종적으로 순 Sagnac 효과 주파수 분할을 산출하여 회전 속도를 결정한다.패러데이 바이어스 주파수는 예상되는 회전 유도 주파수 차이보다 높게 선택되므로 두 역전파 파형이 잠길 기회가 없습니다.

광섬유 자이로스코프

관련된 장치는 광섬유 자이로스코프이며, 이 자이로스코프도 Sagnac 효과에 근거해 동작하지만 링은 레이저의 일부가 아니다.오히려 외부레이저는 역전파빔을 광섬유링에 주입하여 광섬유링 통과 후 이들 빔의 회전이 간섭되었을 때 이들 빔 간의 상대적인 위상시프트를 일으킨다.위상 이동은 회전 속도에 비례합니다.이는 링의 단일 트래버스에서는 RLG보다 덜 민감합니다. RLG에서는 외부에서 관측된 위상 편이가 도함수가 아니라 누적 회전 자체에 비례합니다.단, 광섬유 자이로의 감도는 회전수에 따라 Sagnac 효과를 곱한 긴 광섬유를 콤팩트하게 코일함으로써 향상된다.

응용 프로그램 예시

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Wikimedia Commons에는 링 레이저 자이로스코프와 관련된 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Macek, W. M.; Davis, D. T. M. (1963). "Rotation rate sensing with traveling-wave ring lasers". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 2 (3): 67–68. doi:10.1063/1.1753778. ISSN 0003-6951.
  2. ^ 피터 M.Taylor – INS 테스트 엔지니어 Honeywell, Inc.
  3. ^ Knowleding Machines, Donald Mackenzie, MIT Press, (1991)
  4. ^ Statz, Hermann; Dorschner, T. A.; Holz, M.; Smith, I. W. (1985). "3. The multioscillator ring laser gyroscope". In Stich, M.L.; Bass, M. (eds.). Laser handbook. Elsevier (North-Holland Pub. Co). pp. 229-332. ISBN 0444869271.
  5. ^ Volk, C. H. et al., 멀티오실레이터 링 레이저 자이로스코프 및 광학 자이로스와 그 용도(NATO RTO-AG-339 AC/323(SCI)TP/9), Loukianov, D 등(eds) 2019년 10월 23일 회수.
  6. ^ "Honeywell's ADIRU selected by Airbus". Farnborough. 22–28 July 2002. Archived from the original on 2006-10-17. Retrieved 2008-07-16.
  7. ^ "Agni-III missile ready for induction". Press Trust of India. 2008-05-07. Retrieved 2008-05-08.
  8. ^ "India successfully test fires Agni-IV missile". Economic Times India via Press Trust of India. 2014-01-20. Retrieved 2015-10-14.
  9. ^ "Agni-V missile to take India into elite nuclear club". BBC News. 2012-04-19. Retrieved 2015-10-14.
  10. ^ Digital Avionics Systems. IEEE, AIAA. 1995. ISBN 0-7803-3050-1. Retrieved 2008-10-16.
  11. ^ "B-52 Maps Its Way Into New Century". fas.org. 19 Nov 1999. Retrieved 2009-02-24.
  12. ^ "MK 39 MOD 3A Ring Laser" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-02-05.
  13. ^ "Pakistan Aeronautical Complex Kamra – JF-17 Thunder Aircraft". www.pac.org.pk. Retrieved 2017-02-26.

외부 링크