Inxhinierët kanë ndërtuar xhiroskopin më të vogël në botë me sensorin e dritës, i cili mund të integrohet lehtësisht në teknologjinë moderne portative më të vogël.
Gyroscopes janë të zakonshme në çdo teknologji që ne përdorim në kohët e sotme. Xhiroskopët përdoren në automjete, drone dhe pajisje elektronike si celularët dhe pajisjet e veshjes pasi ndihmojnë në njohjen e orientimit të saktë të një pajisjeje në hapësirën tredimensionale (3D). Fillimisht, një xhiroskop është një pajisje e një rrote që ndihmon rrotën të rrotullohet shpejt në një aks në drejtime të ndryshme. Një standard optik xhiroskopi përmban një fibër optike të rrotulluar që mban një dritë lazer pulsi. Kjo funksionon në drejtim të akrepave të orës ose në drejtim të kundërt. Në të kundërt, xhiroskopët modernë janë sensorë, për shembull në telefonat celularë ka sensorë mikroelektromekanikë (MEMS). Këta sensorë matin forcat që veprojnë në dy entitete me masë të njëjtë, por që luhaten në dy drejtime të ndryshme.
Efekti Sagnac
Sensorët edhe pse tani përdoren gjerësisht kanë ndjeshmëri të kufizuar dhe kështu xhiroskopët optikë janë të nevojshme. Një ndryshim thelbësor është se xhiroskopët optikë janë në gjendje të kryejnë një detyrë të ngjashme, por pa asnjë pjesë të lëvizshme dhe me më shumë saktësi. Kjo mund të arrihet me efektin Sagnac, një fenomen optik që përdor teorinë e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit për të zbuluar ndryshimet në shpejtësinë këndore. Gjatë efektit Sagnac, një rreze e dritës lazer ndahet në dy rreze të pavarura të cilat tani udhëtojnë në drejtime të kundërta përgjatë një shtegu të rrumbullakosur që përfundimisht takohen në një detektor drite. Kjo ndodh vetëm nëse pajisja është statike dhe kryesisht sepse drita udhëton me shpejtësi konstante. Sidoqoftë, nëse pajisja rrotullohet, shtegu i dritës gjithashtu rrotullohet duke bërë që dy rrezet e veçanta të arrijnë në detektorin e dritës në një pikë të ndryshme kohore. Ky zhvendosje fazore quhet efekt Sagnac dhe ky ndryshim në sinkronizim matet me xhiroskop dhe përdoret për të llogaritur orientimin.
Efekti Sagnac është shumë i ndjeshëm ndaj zhurmës në sinjal dhe çdo zhurmë rrethuese si luhatje të vogla termike ose dridhje mund të prishë rrezet ndërsa udhëtojnë. Dhe nëse xhiroskopi është i një madhësie dukshëm më të vogël, atëherë ai është më i prirur për ndërprerje. Xhiroskopët optikë janë padyshim shumë më efektivë, por është ende një sfidë që të zvogëlohen xhiroskopët optikë, dmth. të zvogëlohet madhësia e tyre, sepse ndërsa ato bëhen më të vogla, sinjali i transmetuar nga sensorët e tyre gjithashtu dobësohet dhe më pas humbet në zhurmën që gjenerohet nga të gjitha ato të shpërndara. dritë. Kjo i bën xhiroskopit më shumë vështirësi në zbulimin e lëvizjeve. Ky skenar ka kufizuar dizajnin e xhiroskopëve optikë më të vegjël. Xhiroskopi më i vogël që ka një performancë të mirë ka të paktën madhësinë e një topi golfi dhe kështu i papërshtatshëm për pajisje të vogla portative.
Dizajn i ri për një xhiroskop të vogël
Studiuesit në Institutin e Teknologjisë në Kaliforni në SHBA kanë projektuar një xhiroskop optik me zhurmë shumë të ulët, i cili përdor lazer në vend të sensorëve MEMS dhe merr rezultate ekuivalente. Studimi i tyre është publikuar në Fotonika e Natyrës. Ata morën një çip të vogël silikoni 2 mm katror dhe instaluan një kanal në të për të drejtuar dritën. Ky kanal ndihmon në drejtimin e dritës për të udhëtuar në çdo drejtim rreth një rrethi. Inxhinierët eliminuan zhurmën reciproke duke zgjatur rrugën e rrezeve lazer duke përdorur dy disqe. Ndërsa rruga e rrezes bëhet më e gjatë, sasia e zhurmës barazohet duke rezultuar në matje të sakta kur takohen të dy rrezet. Kjo mundëson përdorimin e një pajisjeje më të vogël, por ende duke ruajtur rezultate të sakta. Pajisja gjithashtu ndryshon drejtimin e dritës për të ndihmuar në anulimin e zhurmës. Ky sensor xhiro novator quhet XV-35000CB. Performanca e përmirësuar u arrit me metodën e 'rritjes së ndjeshmërisë reciproke'. Reciproke do të thotë se po prek dy rreze të pavarura drite në të njëjtën mënyrë. Efekti Sagnac bazohet në zbulimin e ndryshimit midis këtyre dy trarëve pasi ato udhëtojnë në drejtime të kundërta dhe kjo është e barabartë me të qenit jo reciproke. Drita udhëton nëpër mini përcjellës valësh optikë, të cilët janë kanale të vogla që bartin dritën, të ngjashme me telat në një qark elektrik. Çdo papërsosmëri në rrugën optike ose ndërhyrje të jashtme do të ndikojë në të dy rrezet.
Rritja e ndjeshmërisë reciproke përmirëson raportin sinjal-zhurmë, duke mundësuar që ky xhiroskop optik të integrohet në një çip të vogël ndoshta me madhësinë e majës së thoit. Ky xhiroskop i vogël është të paktën 500 herë më i vogël në madhësi se pajisjet ekzistuese, por mund të zbulojë me sukses zhvendosjet e fazës 30 herë më të vogla se sistemet aktuale. Ky sensor mund të përdoret kryesisht në sisteme për të korrigjuar dridhjet e një kamere. Xhiroskopët tani janë të domosdoshëm në fusha të ndryshme dhe kërkimet aktuale tregojnë se xhiroskopët optikë më të vegjël janë të mundshëm për t'u projektuar edhe pse mund të duhet pak kohë që ky dizajn laboratorik të jetë i disponueshëm në treg.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
Khial PP et al 2018. Xhiroskop optik nanofotonik me përmirësim të ndjeshmërisë reciproke. Fotonika e Natyrës. 12 (11). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
