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Giroscópio óptico usando luz rotativa

04.11.2018

Giroscópios são dispositivos pelos quais veículos não tripulados, aeronaves e dispositivos eletrônicos portáteis determinam sua orientação no espaço tridimensional.

O primeiro dos giroscópios era baseado em discos maciços girando em torno de seu eixo em alta velocidade, mas se você abrir qualquer telefone celular moderno, poderá ver que o tamanho dos giroscópios foi reduzido ao tamanho de um pequeno chip. Isso foi possível através do uso de um sensor microeletromecânico (MEMS), que mede as forças que atuam sobre dois objetos de massa idêntica movendo-se em direções opostas. No entanto, os giroscópios MEMS, devido à sua natureza parcialmente mecânica, têm várias limitações, incluindo sensibilidade, por isso os cientistas desenvolveram versões ópticas de giroscópios que executam a mesma função que os giroscópios MEMS.

Os giroscópios ópticos, que não possuem partes mecânicas móveis, devido à sua alta sensibilidade, proporcionam maior precisão na medição de posição no espaço utilizando o efeito Sagnac, que recebeu esse nome em homenagem ao físico francês Georges Sagnac (Georges Sagnac). Esse efeito está diretamente relacionado à Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein e, para reproduzi-lo, um feixe de luz é dividido em dois feixes que se movem em direções opostas ao longo de um guia de luz circular fechado.

Mudar a posição do sensor, ou melhor, girá-lo em torno do eixo de movimento dos raios de luz, faz com que um feixe passe na frente do elemento sensível com um leve avanço em relação ao outro. Usando três fibras de anel, cujos eixos coincidem com os eixos do espaço tridimensional, é possível calcular a orientação espacial atual de todo o sensor.

Os giroscópios ópticos de maior precisão criados até recentemente eram do tamanho comparável ao de uma bola de golfe, o que impossibilitava seu uso em dispositivos eletrônicos portáteis. Mas recentemente, um grupo de engenheiros e cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia resolveu com sucesso um problema que há muito tem sido um obstáculo para a miniaturização de giroscópios ópticos. O resultado de seu trabalho foi um giroscópio óptico, que é 500 vezes menor que os giroscópios semelhantes da geração anterior, e os elementos sensores do novo dispositivo podem registrar 30 vezes menos mudança na fase da luz do que os dispositivos mais antigos.

A possibilidade de tal miniaturização cardinal do giroscópio óptico tornou-se possível através do uso de uma nova tecnologia de "aumento de sensibilidade mútua".

O termo "recíproco" indica que a tecnologia afeta ambos os feixes de luz para compensar os efeitos prejudiciais do ruído térmico, efeitos de dispersão de luz em guias de onda e outras interferências ambientais. Este "aumento mútuo de sensibilidade" permitiu aumentar em muitas vezes a relação sinal-ruído, o que, por sua vez, permitiu reduzir o tamanho dos guias de onda e reduzir o tamanho do giroscópio óptico como um todo para um tamanho comparável ao tamanho de um grão de arroz.

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Um filtro de membrana adicional (opcional) protege os sensores da entrada de poeira e água, mantendo um tempo de resposta rápido. Esta membrana oferece proteção de acordo com a norma IP67.

Os sensores digitais fornecem sinais calibrados e linearizados por meio de uma interface I?C. A resolução dos sensores digitais de umidade pode ser alterada por comando (de 8/12 bits até 12/14 bits para RH/T).

A versão analógica do sensor emite um sinal PWM com frequência base de 120 Hz na linha SDA. O pino SCL é usado como entrada de chave de tipo de dado - umidade ou temperatura (SCK up - RH, SCK down - T ). As medições são feitas duas vezes por segundo. O sinal de saída PWM pode ser facilmente convertido em tensão CC com um filtro passa-baixa.

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