¿Qué es un giroscopio láser de anillo?

Un giroscopio láser de anillo es un instrumento de precisión que utiliza un rayo láser que viaja en dos direcciones para medir cambios en el ángulo o en una dirección. Los giroscopios se utilizan en sistemas de navegación para aviones y barcos, y para sistemas de guía en misiles y armas de precisión. El principio de usar la luz para medir los cambios de dirección se basa en una investigación realizada por el científico francés Georges Sagnac en 1913.

Los giroscopios utilizan el principio de inercia para determinar la dirección o los cambios de posición. Una rueda giratoria de giroscopio quiere permanecer en una posición y resistirá ser girada. Esto se puede demostrar con un trompo que resistirá ser empujado hacia un lado, o al intentar girar una rueda de bicicleta giratoria hacia un lado.

Un giroscopio láser de anillo utiliza el principio Doppler para medir las diferencias en los haces de luz láser. En 1842, Christian Doppler descubrió que la frecuencia del sonido parece diferente para el oyente si la fuente del sonido se está moviendo. Los sonidos que se mueven hacia un oyente aparecen más altos, y alejarse parecen tener una frecuencia más baja. El efecto también ocurre con la luz, y un giroscopio láser utiliza este principio porque los dos haces viajan a distancias ligeramente diferentes cuando el giroscopio se mueve o se inclina, como lo descubrió Sagnac.

El diseño de un giroscopio láser de anillo es normalmente un triángulo con tres lados iguales, o una caja de lados iguales. Se coloca un láser de helio en un lado del triángulo o la caja, y los rayos láser se envían en direcciones opuestas alrededor del triángulo. Usando espejos y prismas, los dos haces se envían a un detector que observa las líneas claras y oscuras formadas por los dos haces, llamados patrones de interferencia. El detector puede buscar cambios en los patrones de interferencia, que se moverán o cambiarán de posición si se mueve el giroscopio.

Cuando el giroscopio está nivelado, los dos rayos láser regresan al detector a una diferencia de tiempo conocida, y los patrones de interferencia son estacionarios. Al inclinar el giroscopio láser de anillo hacia un lado, los rayos láser regresan en momentos ligeramente diferentes, y los patrones de interferencia se mueven a una velocidad consistente con la cantidad de inclinación. El detector se puede calibrar para mostrar una medición de inclinación para un indicador de giro y giro en un avión utilizado para giros de precisión, o para girar un dial de la brújula utilizado para la navegación llamado giroscopio direccional.

La tecnología de giroscopio láser de anillo comenzó a reemplazar los giroscopios mecánicos a fines del siglo XX. Antes de ese momento, los giroscopios usaban ruedas giradas a velocidades muy altas para crear un efecto de giroscopio estable. Estos giroscopios requerían aire comprimido o electricidad para obtener energía, y estaban sujetos a pérdidas de rendimiento debido a la fricción mecánica. El giroscopio láser de anillo no tiene partes móviles, y una vez calibrado puede proporcionar una precisión excelente con una pérdida de rendimiento mínima.

Un problema con los primeros giroscopios láser fue la dificultad para medir cambios muy pequeños en la dirección o la inclinación. Este efecto se denomina bloqueo y los dos rayos láser aparecen en el detector al mismo tiempo que un giroscopio no móvil, que se interpreta incorrectamente como nivelado. Un método para prevenir este error, llamado interpolación mecánica, utiliza un resorte vibratorio para mover el detector a una velocidad específica para evitar el bloqueo. Otro método hace girar el giroscopio a una velocidad específica para evitar las mediciones de nivel falso, aunque esta unidad es más costosa de producir.