Квантовый гироскоп это:

Квантовый гироскоп
        прибор, позволяющий обнаруживать вращение тела и определять его угловую скорость, основанный на гироскопических свойствах электронов, атомных ядер или фотонов.
         Лазерный (оптический) гироскоп. Датчиком оптического гироскопа служит кольцевой Лазер, генерирующий две бегущие навстречу друг другу световые волны, которые распространяются по общему световому каналу в виде узких монохроматических световых пучков. Резонатор кольцевого лазера (рис. 1) состоит из трёх (или больше) зеркал 1, 2, 3, смонтированных на жёстком основании и образующих замкнутую систему. Часть света проходит через полупрозрачное зеркало 3 и попадает на фотодетектор 5. Длина волны, генерируемая кольцевым лазером (в пределах ширины спектральной линии рабочего вещества), определяется условием, согласно которому бегущая волна, обойдя контур резонатора, должна прийти в исходную точку с той же фазой, которую имела вначале. Если прибор неподвижен, то это имеет место, когда в периметре Р контура укладывается целое число n длин волн λ0, т. е. Р = nλ0. В этом случае лазер генерирует 2 встречные волны, частоты которых одинаковы и равны:
         ν0 = c/λ0 = cn/P,
        (с — скорость света).
         Если же весь прибор вращается с угловой скоростью Ω вокруг направления, составляющего угол ϑ с перпендикуляром к его плоскости (рис. 2), то за время обхода волной контура последний успеет повернуться на некоторый угол. В зависимости от направления распространения волны путь, проходимый ею до совмещения фазы, будет больше или меньше Р (см. Доплера эффект). В результате этого частоты встречных волн становятся неодинаковыми. Можно показать, что эти частоты ν и ν+ не зависят от формы контура и связаны с частотой Ω вращения прибора соотношением:
        
         Здесь S — площадь, охватываемая контуром резонатора. Фотодетектор, чувствительный к интенсивности света, в этом случае зарегистрирует Биения с разностной частотой:
        
        где F = Ω/2π, а k = Например, для квадратного гелий-неонового К. г. (см. Газовый лазер) со стороной 25 см λ0 = 6․10–5 см, откуда k = 2,5․106. При этом суточное вращение Земли, происходящее с угловой скоростью Ω = 15 град/ч, на широте ϑ = 60° должно приводить к частоте биений Δν = 15 гц. Если ось К. г. направить на Солнце, то, измеряя частоту биений и считая угловую скорость Ω вращения Земли известной, можно с точностью до долей град определить широту ϑ места, на которой расположен К. г.
         Интегрирование угловой скорости вращающегося тела по времени (которое может выполняться автоматически) позволяет определить угол поворота, как функцию времени. Предел чувствительности оптических К. г. теоретически определяется спонтанным излучением (См. Спонтанное излучение) атомов активной среды лазера. Если частоте биений Δν = 1 гц соответствует угол поворота в 1 град/ч, то предел точности К. г. равен 10–3 град/ч. В существующих оптических К. г. этот предел ещё далеко не достигнут.
         Ядерные и электронные гироскопы. В ядерных К. г. используются вещества с ядерным Парамагнетизмом (вода, органические жидкости, газообразный гелий, пары́ ртути). Атомы или молекулы таких веществ в основном (невозбуждённом) состоянии обладают моментами количества движения, обусловленными только Спинами ядер (электронные же спиновые моменты у них скомпенсированы, т. е. все электроны спарены). Со спинами ядер связаны их магнитные моменты. Если ориентировать магнитные моменты ядер, например при помощи внешнего магнитного поля, а затем ориентирующее поле выключить, то в отсутствие др. магнитных полей (например, земного) возникший суммарный магнитный момент М будет некоторое время сохранять своё направление в пространстве, независимо от изменения ориентации датчика. Такой статический К. г. позволяет определить изменение положения тела, связанного с датчиком гироскопа.
         Т. к. величина момента М будет постепенно убывать благодаря релаксации (См. Релаксация), то для К. г. выбирают вещества с большими временами релаксации, например некоторые органические жидкости, для которых время релаксации τ составляет несколько мин, жидкий 3He (около 1 ч) или раствор жидкого 3He (10—3%) в 4He (около года).
         В К. г., работающем по методу ядерной индукции, вращение с угловой скоростью Ω датчика К. г., который содержит ядра с ориентированными магнитными моментами, эквивалентно действию на ядра магнитного поля с напряжённостью Н = Ω/γя, где γяГиромагнитное отношение для ядер. Прецессия магнитных моментов ядер вокруг направления поля Н приводит к появлению переменной эдс в катушке L, охватывающей рабочее вещество К. г. (рис. 3). Определение частоты Ω вращения тела, связанного с датчиком К. г., сводится к измерению частоты электрического сигнала, которая пропорциональна Ω (см. Ядерный магнитный резонанс).
         В динамическом ядерном гироскопе суммарный ядерный магнитный момент М датчика прецессирует вокруг постоянного магнитного поля Н, жестко связанного с устройством. Вращение датчика вместе с полем Н с угловой скоростью Ω приводит к изменению частоты прецессии магнитного момента М, приблизительно равному проекции вектора Ω на Н. Это изменение регистрируется в виде электрического сигнала. Для получения высокой чувствительности и точности в этих приборах требуется высокая стабильность и однородность магнитного поля Н. Например, для обнаружения изменения частоты прецессии, вызванного суточным вращением Земли, необходимо, чтобы ΔН/Н ≤ 10–9. Для экранировки прибора от действия внешних магнитных полей применяются сверхпроводники (см. Сверхпроводимость). Например, если поворот датчика обусловлен суточным вращением Земли, то остаточное поле в экране не должно превышать 3․10–9э.
         Электронные К. г. аналогичны ядерным, но в них применяются вещества, атомы или молекулы которых содержат неспаренные электроны (например, устойчивые свободные радикалы, атомы щелочных металлов). Хотя времена релаксации электронных спинов малы, электронные К. г. перспективны, так как гиромагнитное отношение γэл для электронов в сотни раз больше, чем для ядер, и, следовательно, выше частота прецессии, что важно для многих применений.
         Несмотря на то что К. г., особенно оптические, непрерывно совершенствуются, их точность и чувствительность ещё уступают лучшим образцам механических Гироскопов. Однако К. г. обладают рядом существенных преимуществ перед механическими гироскопами: они не содержат движущихся частей (безынерционны), не требуют арретирования, обладают высокой надёжностью и стабильностью, приводятся в действие в течение короткого промежутка времени, могут выдержать значительные ускорения и работать при низких температурах. Некоторые типы К. г. уже применяются не только как высокочувствительные индикаторы вращения, ориентаторы и гирометры, но и как Гирокомпасы, гиробуссоли и секстанты.
         Лит.: Привалов В. Е., Фридрихов С. А., Кольцевой газовый лазер, «Успехи физических наук», 1969, т. 97, в. 3, с. 377; Померанцев Н. М., Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой гироскопии, там же, 1970, т. 100, в. 3, с. 361.
         Г. В. Скроцкий.
        Рис. 1. Схема лазерного гироскопа: 1, 2, 4 — непрозрачные зеркала; 3 — полупрозрачное зеркало; 5 — фотодетектор.
        Рис. 1. Схема лазерного гироскопа: 1, 2, 4 — непрозрачные зеркала; 3 — полупрозрачное зеркало; 5 — фотодетектор.
        Рис. 2 к ст. Квантовый гироскоп.
        Рис. 2 к ст. Квантовый гироскоп.
        
        Рис. 3. Схематическое изображение ядерного позиционного гироскопа: М — суммарный магнитный момент вещества; СПЭ — сверхпроводящий магнитный экран; L1, L2 — катушки индуктивности.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Смотреть что такое "Квантовый гироскоп" в других словарях:

  • КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП — прибор для обнаружения вращения тела и определения его угл. скорости, основанный на свойствах эл нов, ат. ядер и фотонов, поведение к рых описывается законами квант. механики. Существует неск. типов К. г. Лазерный (оптический) гироскоп. Датчиком… …   Физическая энциклопедия

  • Квантовый гироскоп — В 1962 году физик Брайан Джозефсон из университета Кэмбриджа предположил, что электрический ток может проходить между сверхпроводящими материалами, даже если их будет разделять тонкий слой изолятора. На основе эффекта Джозефсона Ричардом… …   Википедия

  • оптический квантовый гироскоп — оптический гироскоп Скоростной гироскоп, в котором угловая скорость вращения системы определяется разностью частот двух встречных электромагнитных волн кольцевого оптического квантового генератора. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 75.… …   Справочник технического переводчика

  • оптический квантовый гироскоп — оптический квантовый гироскоп; оптческий гироскоп Скоростной гироскоп, в котором угловая скорость вращения системы определяется разностью частот двух встречных электромагнитных волн кольцевого оптического квантового генератора …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Гироскоп — (от Гиро... и ...скоп)         быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого может изменять своё направление в пространстве. Г. обладает рядом интересных свойств, наблюдаемых у вращающихся небесных тел, у артиллерийских снарядов, у… …   Большая советская энциклопедия

  • гироскоп — а; м. [от греч. gyros круг, кольцо и skopeō смотрю, наблюдаю]. Свободно подвешенное, быстро вращающееся тело (волчок), ось вращения которого может изменять своё положение в пространстве, но благодаря быстрому вращению сохраняет неизменное… …   Энциклопедический словарь

  • гироскоп — Рис. 1. Трёхстепенной гироскоп в кардановом подвесе. гироскоп (от греч. gyréuō — кружусь, вращаю, и scopeo — смотрю, наблюдаю) — устройство для измерения параметров углового движения. Широко используется в инерциальных системах… …   Энциклопедия «Авиация»

  • гироскоп — Рис. 1. Трёхстепенной гироскоп в кардановом подвесе. гироскоп (от греч. gyréuō — кружусь, вращаю, и scopeo — смотрю, наблюдаю) — устройство для измерения параметров углового движения. Широко используется в инерциальных системах… …   Энциклопедия «Авиация»

  • гироскоп — Рис. 1. Трёхстепенной гироскоп в кардановом подвесе. гироскоп (от греч. gyréuō — кружусь, вращаю, и scopeo — смотрю, наблюдаю) — устройство для измерения параметров углового движения. Широко используется в инерциальных системах… …   Энциклопедия «Авиация»

  • гироскоп — Рис. 1. Трёхстепенной гироскоп в кардановом подвесе. гироскоп (от греч. gyréuō — кружусь, вращаю, и scopeo — смотрю, наблюдаю) — устройство для измерения параметров углового движения. Широко используется в инерциальных системах… …   Энциклопедия «Авиация»


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»