КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП


КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП
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 служит кольцевой лазер, генерирующий две бегущие навстречу друг другу световые волны, к-рые распространяются по общему световому каналу в виде узких монохроматических световых пучков. Открытый резонатор лазера (рис. 1) состоит из трёх (или больше) зеркал, смонтированных на жёстком основании и образующих замкнутую систему. Часть света проходит через полупрозрачное зеркало и попадает на фотодетектор.
КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП1
Рис. 1. Схема лазерного гироскопа: 1,2,4 — непрозрачные зеркала; 3 — полупрозрачное зеркало; 5 — фотодетектор.
Длина волны l, генерируемая лазером, определяется условием, согласно к-рому бегущая волна, обойдя контур резонатора, должна прийти в исходную точку с той же фазой. Если прибор неподвижен, это условие будет выполнено, когда периметр контура P=nl (n — целое число). В этом случае лазер генерирует две встречные волны, частоты к-рых одинаковы и равны:
n0=nc/P.
Если же весь прибор вращается с угл. скоростью W вокруг направления, составляющего угол q с перпендикуляром к его плоскости, то за время обхода волной контура последний успеет повернуться на нек-рый угол (рис. 2). В зависимости от направления распространения волны, путь, проходимый ею до совмещения фазы, будет больше или меньше Р (см. ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ).
КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП2
Рис. 2. Схематич. изображение лазерного гироскопа.
В результате этого частоты встречных волн становятся неодинаковыми. Эти частоты n1 и n2 не зависят от формы контура и связаны соотношением:
КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП3
Здесь S — площадь, охватываемая контуром резонатора. Фотодетектор зарегистрирует биения с разностной частотой:
Dn=n+-n-=kFcosq, (2)
где F=W/2p, a k=8pS/l0P. Напр., для квадратного гелий-неонового К. г. (см. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР) со стороной 25 см l=6•10-5 см, откуда k=2,5•106. При этом суточное вращение Земли, происходящее с угл. скоростью W=15 град/ч, на широте q=60° должно приводить к частоте биений Dn=15 Гц. Если ось К. г. направить на Солнце, то, измеряя частоту биений и считая угл. скорость W известной, можно с точностью до долей градуса определить широту места, на к-рой расположен К. г.
Предел чувствительности оптич. К. г. обусловлен спонтанным излучением атомов активной среды лазера. Если частоте биений Dn=1 Гц соответствует угол поворота 1 град/ч, то предел точности К. г. равен 10-3 град/ч. В существующих оптич. К. г. этот предел не достигнут.
Ядерные гироскопы. В ядерных К. г. используются в-ва с ядерным парамагнетизмом (вода, органич. жидкости, газообразный гелий, пары ртути). Атомы или молекулы таких в-в в осн. состоянии обладают магн. моментами, обусловленными спинами ядер. Если ориентировать магн. моменты ядер (см. ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ЯДРА), напр. при помощи поля Н, а затем поле выключить, то при отсутствии др. магн. полей (напр., земного) возникший суммарный магн. момент М ядра будет нек-рое время сохранять своё направление в пр-ве, независимо от изменения ориентации датчика. Такой статич. К. г. позволяет определить изменение положения тела, жёстко связанного с датчиком. Т. к. величина момента М будет постепенно убывать благодаря релаксации, то для К. г. выбирают в-ва с большими временами релаксации, напр. нек-рые органич. жидкости, для к-рых время релаксации составляет неск. мин, жидкий 3Не (ок. 1 ч) или р-р жидкого 3Не (10—3%) в 4Не (ок. 1 года).
КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП4
Рис. 3. Схематич. изображение яд. гироскопа: М — датчик: СПЭ — сверхпроводящий магн. экран.
В К. г., работающем по методу яд. индукции, вращение с угл. скоростью W датчика, содержащего ориентиров. ядра, эквивалентно действию на ядра магн. поля с напряжённостью Н=W/gя> где gя—гиромагнитное отношение для ядер. Прецессия магн. моментов ядер вокруг поля Н приводит к появлению перем. эдс в катушке, охватывающей в-во К. г. (рис. 3). Измерение частоты вращения тела, связанного с датчиком К. г., сводится к измерению частоты электрич. сигнала, к-рая пропорц. W (см. ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС), В динамич. яд. гироскопе суммарный яд. магн. момент М датчика прецессирует вокруг пост. магн. поля H, связанного с устройством. Вращение датчика вместе с полем Н0 с угл. скоростью W приводит к изменению частоты прецессии М, приблизительно равному проекции вектора W на Н. Это изменение регистрируется в виде электрич. сигнала. Для получения высокой чувствительности и точности в этих приборах требуется высокая стабильность и однородность поля Н. Напр., для обнаружения изменения частоты прецессии, вызванного суточным вращением Земли, необходимо, чтобы DH/H?10-9. Для экранировки прибора от действия внеш. магн. полей применяются сверхпроводники. Напр., если поворот датчика обусловлен суточным вращением Земли, то остаточное поле в экране не должно превышать 3•10-9Э.
Электронные К. г. аналогичны ядерным, в них используются парамагнетики (напр., устойчивые свободные радикалы, атомы щелочных металлов). Хотя времена релаксации электронных спинов малы, электронные К. г. перспективны, т. к. гиромагнитное отношение для эл-нов gэл в сотни раз больше gя, и, следовательно, частота прецессии выше. По точности и чувствительности К. г. пока уступают лучшим образцам механич. гироскопов. Однако К. г. обладают рядом преимуществ: безынерционностью, стабильностью, возможностью работать при низких темп-рах.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП

- собирательный термин для приборов квантовой электроники, служащих для обнаружения и определения величины и знака угловой скорости вращения или угла поворота относительно инерциальной системы отсчёта. В основу действия К. г. положены гироскопич. свойства частиц или волн - атомных ядер, электронов, фотонов, фононов и т. д. Эти свойства могут быть обусловлены как спиновыми и орбитальными моментами микрочастиц, так и зависимостью времени отхода замкнутого контура (интерферометра или резонатора), встречными световыми или поверхностными акустическими, магнитными волнами от скорости и направления вращения контура. Полезный сигнал, пропорциональный скорости вращения, возникает или за счёт прецессии механич. и магнитных моментов микрочастиц, или за счёт возникновения разности фаз или частот между встречными волнами во вращающемся контуре. <В навигации используются лазерные гироскопы, разрабатываются волоконно-оптические гироскопы и ядерные гироскопы. Ведутся исследования электронных, ионных, радиоизотропных, джозефсоновских и др. К. г. Лит.: Малеев П. И., Новые типы гироскопов, Л., 1971; Ньюбург и др., Кольцевые интерферометры на акустических и магнитных поверхностных волнах для датчиков скорости вращения, "ТИИЭР", 1974, т. 62, № 12, с. 6; Л и х а р е в К. К., У л ь р и х Б. Т., Системы с джозефсоновскими контактами, М., 1978; Курицки М. М., Голдстайн М. С. (ред.), Инерциальная навигация, "ТИИЭР", 1983, т. 71, № 10, с. 47; Шереметьев А. Г., Волоконный оптический гироскоп, М., 1987. Я. В. Кравцов, А. Н. Шелаев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП" в других словарях:

  • 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 …   Большая советская 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»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.