Инженерлер дүйнөдөгү эң кичинекей жарыкты сезүүчү гироскопту жасашты, аны эң кичинекей портативдик заманбап технологияга оңой интеграциялоо мүмкүн.
Гироскоптор бүгүнкү күндө биз колдонгон ар бир технологияда кеңири таралган. Гироскоптор унааларда, дрондордо жана мобилдик жана кийилүүчү түзмөктөр сыяктуу электрондук түзмөктөрдө колдонулат, анткени алар түзмөктүн үч өлчөмдүү (3D) мейкиндикте туура багытын билүүгө жардам берет. Башында гироскоп - бул дөңгөлөктүн ар кандай багыттардагы ок боюнча тез айлануусуна жардам берген дөңгөлөктүн түзүлүшү. Стандарттуу оптикалык гироскоп импульстук лазер нурун алып жүрүүчү спираль түрүндөгү оптикалык буланы камтыйт. Ал саат жебеси боюнча же саат жебесине каршы багытта иштейт. Ал эми заманбап гироскоптор сенсорлор болуп саналат, мисалы, мобилдик телефондордо микроэлектромеханикалык сенсор (MEMS) бар. Бул сенсорлор бирдей массадагы эки нерсеге таасир этүүчү, бирок эки башка багытта термелүүчү күчтөрдү өлчөйт.
Sagnac эффекти
Азыр кеңири колдонулуп жаткан сенсорлордун сезгичтиги чектелүү болгондуктан, оптикалык гироскоптор керек. Маанилүү айырмачылык - оптикалык гироскоптор окшош тапшырманы аткара алат, бирок кыймылдуу бөлүктөрү жок жана тактыгы жогору. Буга бурчтук ылдамдыктын өзгөрүүлөрүн аныктоо үчүн Эйнштейндин жалпы салыштырмалуулук теориясын колдонгон оптикалык кубулуш болгон Сагнак эффектиси аркылуу жетишүүгө болот. Сагнак эффектиси учурунда лазердик нур эки көз карандысыз нурга бөлүнөт, алар эми тегеректелген жол боюнча карама-каршы багытта жылат, акыры бир жарык детекторунда жолугушат. Бул түзмөк статикалык болгондо гана болот жана негизинен жарык туруктуу ылдамдыкта жүргөндүктөн болот. Бирок, эгер түзмөк айланып турса, жарыктын жолу да айланып, эки башка нур жарык детекторуна башка убакыт чекитинде жетет. Бул фазалык жылыш Сагнак эффектиси деп аталат жана синхрондоштуруунун бул айырмасы гироскоп менен өлчөнөт жана багытты эсептөө үчүн колдонулат.
Sagnac эффектиси сигналдагы ызы-чууга өтө сезгич жана кичинекей термикалык термелүүлөр же термелүү сыяктуу айланадагы ызы-чуу, алар бара жаткан нурларды үзгүлтүккө учуратышы мүмкүн. Ал эми гироскоп бир кыйла кичине өлчөмдө болсо, анда ал бузулууга көбүрөөк жакын болот. Оптикалык гироскоптор, албетте, алда канча натыйжалуураак, бирок оптикалык гироскоптордун масштабын кичирейтүү дагы эле кыйын, башкача айтканда, алардын өлчөмүн кичирейтүү, анткени алар кичирейген сайын алардын сенсорлорунан берилүүчү сигнал да алсырап, андан кийин бардык чачырандылар жараткан ызы-чуу менен жоголот. жарык. Бул гироскоптун кыймылды аныктоодо кыйынчылык жаратат. Бул сценарий кичинекей оптикалык гироскоптордун дизайнын чектеди. Жакшы көрсөткүчкө ээ эң кичинекей гироскоп, жок эле дегенде, гольф тобунун өлчөмү, ошондуктан кичинекей портативдик түзүлүштөр үчүн жараксыз.
Кичинекей гироскоп үчүн жаңы дизайн
АКШнын Калифорния технология институтунун изилдөөчүлөрү MEMS сенсорлорунун ордуна лазерди колдонуп, бирдей натыйжаларды берген өтө аз ызы-чуулуу оптикалык гироскопту иштеп чыгышты. Алардын изилдөөсү Nature Photonics журналында жарыяланган . Алар кичинекей 2 чарчы мм кремний чипин алып, ага жарыкты багыттоо үчүн канал орнотушту. Бул канал жарыктын тегерек боюнча бардык багытта жылышына жардам берет. Инженерлер эки дискти колдонуу менен лазер нурларынын жолун узартуу менен өз ара ызы-чууну жок кылышты. Нурдун жолу узарган сайын, ызы-чуунун көлөмү теңделип, эки нур кездешкенде так өлчөө жүргүзүлөт. Бул кичирээк түзмөктү колдонууга мүмкүндүк берет, бирок так натыйжаларды сактап калат. Түзмөк ошондой эле ызы-чууну жок кылууга жардам берүү үчүн жарыктын багытын өзгөртөт. Бул инновациялык гироскоптук сенсор XV-35000CB деп аталат. Жакшыртылган көрсөткүчкө "өз ара сезгичтикти жогорулатуу" ыкмасы менен жетишилген. Өз ара дегени, ал эки көз карандысыз жарык нуруна бирдей таасир этет дегенди билдирет. Сагнак эффектиси бул эки нур карама-каршы багытта жылганда алардын ортосундагы өзгөрүүнү аныктоого негизделген жана бул өз ара эместикке барабар. Жарык электр чынжырындагы зымдарга окшош жарыкты өткөрүүчү кичинекей өткөргүчтөр болгон мини-оптикалык толкун өткөргүчтөр аркылуу өтөт. Оптикалык жолдогу кандайдыр бир кемчиликтер же тышкы тоскоолдуктар эки нурга тең таасир этет.
Өз ара сезгичтикти жогорулатуу сигналдын ызы-чуунун катышын жакшыртат, бул оптикалык гироскопту кичинекей чипке, балким, тырмактын учундай чоңдукта интеграциялоого мүмкүндүк берет. Бул кичинекей гироскоптун көлөмү азыркы түзмөктөрдөн кеминде 500 эсе кичине, бирок учурдагы системалардан 30 эсе кичине фазалык жылыштарды ийгиликтүү аныктай алат. Бул сенсор негизинен камеранын титирөөлөрүн оңдоо системаларында колдонулушу мүмкүн. Гироскоптор азыр ар кандай тармактарда ажырагыс болуп саналат жана учурдагы изилдөөлөр көрсөткөндөй, кичинекей оптикалык гироскопторду долбоорлоо мүмкүн, бирок бул лабораториялык дизайн коммерциялык жактан жеткиликтүү болушу үчүн бир аз убакыт талап кылынышы мүмкүн.
***
Булагы (с)
Khial PP жана башкалар 2018. Өз ара сезгичтикти жогорулатуучу нанофотоникалык оптикалык гироскоп. Nature Photonics . 12(11). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
