リングレーザージャイロスコープ

リングレーザージャイロスコープについての詳細

リングレーザージャイロスコープ（RLG）は、精密な角変位を測定する装置として、主に航法システムに利用されています。この装置は、レーザー光の干渉を活用し、サニャック効果という物理現象に基づいて動作します。この技術は、1963年にアメリカ海軍の研究者MacekとDavisによって初めて実験されました。

構造と動作原理

RLGは、光学的にリング状になったレーザーキャビティ内を通るレーザー光を使用します。装置が回転することで、順方向および逆方向に進むレーザー光の経路に差が生じ、これが干渉を引き起こします。角変位が生じると、光の干渉パターンが変化し、これを測定することで角度の変化を極めて高精度に検出します。

技術的な利点

RLGの主な利点は、小型軽量で可動部がないため、摩擦の影響を受けず、理論的に固有ドリフトが存在しない点です。これにより、他の回転ジャイロスコープに比べて非常に高い信頼性と精度を提供します。RLGは慣性航法システムの基幹をなす技術であり、航空機や航空宇宙機器に広く使用されています。

ロックイン現象

ただし、RLGは超低速回転時に「ロックイン」と呼ばれる現象に影響を受けることがあります。これは、順方向と逆方向のレーザー光の周波数が非常に近接することで発生し、回転を正確に検出できなくなる問題です。この状態では、レーザーの発振が安定し、測定が固定化されてしまいます。そのため、強制ディザリングと呼ばれる技術が導入されています。

強制ディザリング

強制ディザリングは、機械式スプリングの共振を利用してレーザーキャビティを回転方向に振動させる方法です。この振動は通常振動数400ヘルツ、最大瞬間角速度は1秒で1/3600度に設定されています。しかし、この方法も完全にロックインを防ぐことはできず、振動方向が変わる際に、それに伴って回転速度が0になる瞬間が発生し、短時間ながらロックインが起こる可能性があります。これにより、誤差が蓄積してしまうこともあります。対策として、振動波形にノイズを加える方法が提案されています。

光ファイバジャイロスコープとの比較

光ファイバジャイロスコープはRLGと同様の原理で動作しますが、レーザー光が複数回巻かれた光ファイバー内を通過します。このため、RLGと比較した場合、設計や動作原理に若干の違いがあります。

RLGを搭載する機器

リングレーザージャイロスコープは、さまざまな航空機やミサイルシステムに搭載されており、例として以下の機種が挙げられます：

• - アグニIII
• - エアバスA320
• - F-16およびF-15E
• - ボーイング757-200、777
• - テジャス
• - MQ-1C

このように、RLGは様々な先進的な技術に応用されており、それによって高精度な位置情報の提供が可能となっています。今後もその重要性は増していくと考えられています。

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