Con quay sợi quang nhận chuyển động xoay bằng hai luồng ánh sáng ra sao?
Vật lý 11 · Khám phá mở rộng
Con quay giao thoa sợi quang cho hai luồng ánh sáng đi ngược chiều quanh một cuộn sợi rồi so sánh chúng. Khi cuộn xoay quanh trục đo, độ lệch pha Sagnac làm tín hiệu giao thoa thay đổi, cung cấp thông tin về tốc độ góc. Không cần một bánh đà cơ học quay liên tục bên trong.
Một đường sợi, hai chiều truyền
Hệ quang tách ánh sáng thành hai phần đi vào hai đầu của cuộn. Một phần đi theo chiều này, phần kia theo chiều ngược. Sau khi đi qua, chúng được ghép lại để đầu thu quan sát sự giao thoa.
Trong trạng thái tham chiếu, hệ có một đáp ứng đã biết. Sự xoay làm tương quan pha giữa hai phần thay đổi. Mạch nhận tín hiệu quang và xử lý thành dữ liệu liên quan đến tốc độ quay của cuộn quanh trục thích hợp.
Đừng giải thích bằng cách đổi tốc độ ánh sáng tùy ý
Hiệu ứng Sagnac liên quan đến việc hai luồng truyền theo hai chiều trong một hệ đang quay. Nó không có nghĩa người chế tạo đã làm tốc độ ánh sáng trong chân không lớn hơn theo chiều thuận và nhỏ hơn theo chiều ngược một cách tùy ý.
Ở đây điều được đo là sự khác biệt pha khi hai luồng gặp lại trong hệ thiết bị. Bài không cần đưa các phương trình tương đối tính đầy đủ để nhận ra vai trò của so sánh hai đường truyền.
Tín hiệu xoay khác tọa độ trên bản đồ
Trong hệ dẫn đường, cảm biến có thể theo dõi các trục xoay. Phối hợp tốc độ góc theo thời gian giúp ước tính góc thay đổi, nhưng không tự cho vị trí địa lý. Muốn mô tả chuyển động đầy đủ cần các dữ liệu và xử lý khác.
Nhiễu, lệch tín hiệu và điều kiện môi trường vẫn cần được kiểm soát. Không có rotor cơ học không đồng nghĩa không có sai số. Điều này cũng giúp phân biệt con quay quang học với con quay MEMS: cùng phục vụ phép đo xoay, nhưng một bên đọc giao thoa ánh sáng, bên kia đọc đáp ứng của cấu trúc rung.
Ghi nhớ: Hai luồng đi ngược, sự xoay đổi lệch pha, giao thoa biến lệch ấy thành tín hiệu đọc được.
Đọc thêm
- Con quay vi cơ trong điện thoại nhận ra chuyển động xoay ra sao?
- Một sợi quang truyền nhiều luồng dữ liệu bằng các màu khác nhau ra sao?