Un giroscopio laser ad anello ? uno strumento di precisione che utilizza un raggio laser che viaggia in due direzioni per misurare le variazioni di angolo o di direzione. I giroscopi sono utilizzati nei sistemi di navigazione per aerei e navi e per i sistemi di guida nei missili e nelle armi di precisione. Il principio dell’uso della luce per misurare i cambiamenti di direzione si basa sulla ricerca dello scienziato francese Georges Sagnac eseguita nel 1913.
I giroscopi utilizzano il principio dell’inerzia per determinare la direzione oi cambiamenti di posizione. Una ruota del giroscopio che gira vuole rimanere in una posizione e resister? a essere girata. Ci? pu? essere dimostrato da una trottola che resiste a essere spinta da un lato o dal tentativo di girare da un lato una ruota di bicicletta che gira.
Un giroscopio laser ad anello utilizza il principio Doppler per misurare le differenze nei raggi di luce laser. Nel 1842, Christian Doppler scopr? che la frequenza del suono appare diversa a un ascoltatore se la sorgente del suono ? in movimento. I suoni che si spostano verso un ascoltatore appaiono pi? alti e quelli che si allontanano appaiono pi? bassi in frequenza. L’effetto si verifica anche con la luce e un giroscopio laser utilizza questo principio perch? i due raggi viaggiano a distanze leggermente diverse quando il giroscopio viene spostato o inclinato, come rilevato da Sagnac.
Il design di un giroscopio laser ad anello ? normalmente un triangolo con tre lati uguali o una scatola con lati uguali. Un laser ad elio viene posizionato su un lato del triangolo o della scatola e i raggi laser vengono inviati in direzioni opposte attorno al triangolo. Utilizzando specchi e prismi, i due raggi vengono inviati a un rivelatore che osserva sia le linee chiare che quelle scure formate dai due raggi, chiamate schemi di interferenza. Il rilevatore pu? cercare cambiamenti nei modelli di interferenza, che si sposteranno o cambieranno posizione se il giroscopio viene spostato.
Quando il giroscopio ? a livello, i due raggi laser ritornano al rivelatore con una differenza di tempo nota e gli schemi di interferenza sono stazionari. Inclinando il giroscopio laser ad anello su un lato, i raggi laser ritornano in tempi leggermente diversi e gli schemi di interferenza si spostano a una velocit? coerente con la quantit? di inclinazione. Il rilevatore pu? essere calibrato per mostrare una misurazione dell’inclinazione per un indicatore di virata e virata su un aereo utilizzato per virate di precisione o per ruotare un quadrante della bussola utilizzato per la navigazione chiamato giroscopio direzionale.
La tecnologia del giroscopio laser ad anello ha iniziato a sostituire i giroscopi meccanici alla fine del XX secolo. Prima di allora, i giroscopi utilizzavano ruote girate a velocit? molto elevate per creare un effetto giroscopio stabile. Questi giroscopi richiedevano aria compressa o elettricit? per l’alimentazione ed erano soggetti a perdite di prestazioni dovute all’attrito meccanico. Il giroscopio laser ad anello non ha parti in movimento e, una volta calibrato, pu? fornire un’eccellente precisione con una perdita minima di prestazioni.
Un problema con i primi giroscopi laser era la difficolt? nel misurare piccolissimi cambiamenti di direzione o inclinazione. Questo effetto ? chiamato lock-in, ei due raggi laser appaiono al rivelatore allo stesso tempo incrementano come un giroscopio non in movimento, che viene erroneamente interpretato come livellato. Un metodo per prevenire questo errore, chiamato dithering meccanico, utilizza una molla vibrante per spostare il rilevatore a una velocit? specifica per evitare il blocco. Un altro metodo fa girare il giroscopio a una velocit? specifica per prevenire le false misurazioni del livello, sebbene questa unit? sia pi? costosa da produrre.