എഞ്ചിനീയർമാർ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ലൈറ്റ് സെൻസിംഗ് ഗൈറോസ്കോപ്പ് നിർമ്മിച്ചു, അത് ഏറ്റവും ചെറിയ പോർട്ടബിൾ ആധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യയിലേക്ക് എളുപ്പത്തിൽ സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.
ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ ഇന്നത്തെ കാലത്ത് നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന എല്ലാ സാങ്കേതിക വിദ്യകളിലും സാധാരണമാണ്. ത്രിമാന (3D) സ്ഥലത്ത് ഒരു ഉപകരണത്തിന്റെ ശരിയായ ഓറിയന്റേഷൻ അറിയാൻ സഹായിക്കുന്നതിനാൽ വാഹനങ്ങൾ, ഡ്രോണുകൾ, മൊബൈൽ, വെയറബിൾ പോലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. യഥാർത്ഥത്തിൽ, ഒരു ചക്രത്തിന്റെ ഉപകരണമാണ് ഗൈറോസ്കോപ്പ്, അത് ചക്രത്തെ വിവിധ ദിശകളിലേക്ക് ഒരു അച്ചുതണ്ടിൽ വേഗത്തിൽ കറങ്ങാൻ സഹായിക്കുന്നു. ഒരു മാനദണ്ഡം ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പിൽ പൾസ് ലേസർ ലൈറ്റ് വഹിക്കുന്ന സ്പൂൾഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇത് ഘടികാരദിശയിലോ എതിർ ഘടികാരദിശയിലോ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഇതിനു വിപരീതമായി, ആധുനിക കാലത്തെ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ സെൻസറുകളാണ്, ഉദാഹരണത്തിന് മൊബൈൽ ഫോണുകളിൽ മൈക്രോ ഇലക്ട്രോ മെക്കാനിക്കൽ സെൻസർ (MEMS) ഉണ്ട്. ഈ സെൻസറുകൾ ഒരേ പിണ്ഡമുള്ള രണ്ട് അസ്തിത്വങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന, എന്നാൽ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ദിശകളിൽ അലയുന്ന ശക്തികളെ അളക്കുന്നു.
സാഗ്നാക് പ്രഭാവം
ഇപ്പോൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സെൻസറുകൾക്ക് പരിമിതമായ സംവേദനക്ഷമതയാണുള്ളത് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ ആവശ്യമാണ്. ഒരു നിർണായക വ്യത്യാസം ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾക്ക് സമാനമായ ഒരു ജോലി ചെയ്യാൻ കഴിയും, എന്നാൽ ചലിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങൾ കൂടാതെ കൂടുതൽ കൃത്യതയോടെ. കോണീയ പ്രവേഗത്തിലെ മാറ്റങ്ങൾ കണ്ടുപിടിക്കാൻ ഐൻസ്റ്റീന്റെ സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രതിഭാസമായ സാഗ്നാക് ഇഫക്റ്റിലൂടെ ഇത് കൈവരിക്കാനാകും. സാഗ്നാക് ഇഫക്റ്റിന്റെ സമയത്ത്, ലേസർ പ്രകാശത്തിന്റെ ഒരു ബീം രണ്ട് സ്വതന്ത്ര ബീമുകളായി വിഭജിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അത് ഇപ്പോൾ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള പാതയിലൂടെ എതിർദിശകളിലേക്ക് സഞ്ചരിക്കുന്നു, ഒടുവിൽ ഒരു ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ടറിൽ കൂടിച്ചേരുന്നു. ഉപകരണം സ്റ്റാറ്റിക് ആണെങ്കിൽ മാത്രമേ ഇത് സംഭവിക്കൂ, പ്രധാനമായും പ്രകാശം സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഉപകരണം കറങ്ങുകയാണെങ്കിൽ, പ്രകാശത്തിന്റെ പാതയും കറങ്ങുകയും രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ബീമുകൾ വ്യത്യസ്ത സമയ പോയിന്റിൽ ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ടറിൽ എത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ഘട്ട ഷിഫ്റ്റിനെ സാഗ്നാക് ഇഫക്റ്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു, സിൻക്രൊണൈസേഷനിലെ ഈ വ്യത്യാസം ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുകയും ഓറിയന്റേഷൻ കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
സിഗ്നലിലെ ശബ്ദത്തോട് സാഗ്നാക് ഇഫക്റ്റ് വളരെ സെൻസിറ്റീവ് ആണ്, കൂടാതെ ചെറിയ താപ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ അല്ലെങ്കിൽ വൈബ്രേഷനുകൾ പോലെയുള്ള ചുറ്റുപാടുമുള്ള ഏത് ശബ്ദവും സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ ബീമുകളെ തടസ്സപ്പെടുത്തും. ഗൈറോസ്കോപ്പിന്റെ വലിപ്പം വളരെ കുറവാണെങ്കിൽ, അത് തടസ്സപ്പെടാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതലാണ്. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ കൂടുതൽ ഫലപ്രദമാണ്, പക്ഷേ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകളുടെ അളവ് കുറയ്ക്കുന്നത് ഇപ്പോഴും ഒരു വെല്ലുവിളിയാണ്, അതായത് അവയുടെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുക, കാരണം അവ ചെറുതാകുമ്പോൾ അവയുടെ സെൻസറുകളിൽ നിന്നുള്ള സിഗ്നലും ദുർബലമാവുകയും പിന്നീട് ചിതറിക്കിടക്കുന്ന എല്ലാ ശബ്ദങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കുന്ന ശബ്ദത്തിൽ നഷ്ടപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. വെളിച്ചം. ഇത് ചലനം കണ്ടെത്തുന്നതിൽ ഗൈറോസ്കോപ്പിന് കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടുണ്ടാക്കുന്നു. ഈ സാഹചര്യം ചെറിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയെ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. മികച്ച പ്രകടനമുള്ള ഏറ്റവും ചെറിയ ഗൈറോസ്കോപ്പ് ഒരു ഗോൾഫ് ബോളിന്റെ വലുപ്പമെങ്കിലും ഉള്ളതിനാൽ ചെറിയ പോർട്ടബിൾ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമല്ല.
ഒരു ചെറിയ ഗൈറോസ്കോപ്പിനുള്ള പുതിയ ഡിസൈൻ
കാലിഫോർണിയ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജി യുഎസ്എയിലെ ഗവേഷകർ MEMS സെൻസറുകൾക്ക് പകരം ലേസർ ഉപയോഗിക്കുകയും തത്തുല്യമായ ഫലങ്ങൾ നേടുകയും ചെയ്യുന്ന വളരെ കുറഞ്ഞ ശബ്ദമുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പ് രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. അവരുടെ പഠനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിട്ടുണ്ട് പ്രകൃതി ഫോട്ടോണിക്സ്. അവർ ഒരു ചെറിയ 2-സ്ക്വയർ-എംഎം സിലിക്കൺ ചിപ്പ് എടുത്ത് പ്രകാശത്തെ നയിക്കാൻ അതിൽ ഒരു ചാനൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തു. ഒരു വൃത്തത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള എല്ലാ ദിശകളിലേക്കും പ്രകാശം സഞ്ചരിക്കാൻ ഈ ചാനൽ സഹായിക്കുന്നു. രണ്ട് ഡിസ്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ലേസർ രശ്മികളുടെ പാത നീട്ടിക്കൊണ്ട് എഞ്ചിനീയർമാർ പരസ്പര ശബ്ദം ഇല്ലാതാക്കി. ബീമിന്റെ പാത ദൈർഘ്യമേറിയതാകുന്നതിനാൽ, രണ്ട് ബീമുകൾ കൂടിച്ചേരുമ്പോൾ കൃത്യമായ അളവെടുപ്പ് ഫലമായി ശബ്ദത്തിന്റെ അളവ് തുല്യമാകുന്നു. ഇത് ചെറിയ ഉപകരണത്തിന്റെ ഉപയോഗം പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, പക്ഷേ ഇപ്പോഴും കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നിലനിർത്തുന്നു. ശബ്ദം ഇല്ലാതാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതിന് ഉപകരണം പ്രകാശത്തിന്റെ ദിശ മാറ്റുന്നു. ഈ നൂതന ഗൈറോ സെൻസറിന് XV-35000CB എന്നാണ് പേരിട്ടിരിക്കുന്നത്. 'പരസ്പര സംവേദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തൽ' രീതി ഉപയോഗിച്ചാണ് മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനം നേടിയത്. പരസ്പരം എന്നാൽ രണ്ട് സ്വതന്ത്ര പ്രകാശരശ്മികളെ ഒരേ രീതിയിൽ സ്വാധീനിക്കുന്നു എന്നാണ്. ഈ രണ്ട് ബീമുകളും വിപരീത ദിശകളിലേക്ക് സഞ്ചരിക്കുന്നതിനാൽ അവ തമ്മിലുള്ള മാറ്റം കണ്ടെത്തുന്നതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് സാഗ്നാക് പ്രഭാവം, ഇത് പരസ്പരവിരുദ്ധമായിരിക്കുന്നതിന് തുല്യമാണ്. ഒരു ഇലക്ട്രിക്കൽ സർക്യൂട്ടിലെ വയറുകൾക്ക് സമാനമായി പ്രകാശം വഹിക്കുന്ന ചെറിയ ചാലകങ്ങളായ മിനി ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ് ഗൈഡുകളിലൂടെ പ്രകാശം സഞ്ചരിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിക്കൽ പാതയിലോ ബാഹ്യ ഇടപെടലുകളിലോ ഉണ്ടാകുന്ന അപൂർണതകൾ രണ്ട് ബീമുകളെയും ബാധിക്കും.
പരസ്പര സംവേദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത്, സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്സ് അനുപാതം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, ഈ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പിനെ നഖത്തിന്റെ അറ്റം വലിപ്പമുള്ള ഒരു ചെറിയ ചിപ്പിലേക്ക് സംയോജിപ്പിക്കാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു. ഈ ചെറിയ ഗൈറോസ്കോപ്പിന് നിലവിലുള്ള ഉപകരണങ്ങളേക്കാൾ 500 മടങ്ങ് വലിപ്പം കുറവാണെങ്കിലും നിലവിലെ സിസ്റ്റങ്ങളേക്കാൾ 30 മടങ്ങ് ചെറിയ ഘട്ടം ഷിഫ്റ്റുകൾ വിജയകരമായി കണ്ടെത്താനാകും. ക്യാമറയുടെ വൈബ്രേഷനുകൾ ശരിയാക്കാൻ ഈ സെൻസർ പ്രാഥമികമായി സിസ്റ്റങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കാം. വ്യത്യസ്ത മേഖലകളിൽ ഇപ്പോൾ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്തതാണ്, ഈ ലബോറട്ടറി ഡിസൈൻ വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമാകുന്നതിന് കുറച്ച് സമയമെടുത്താലും ചെറിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്ന് നിലവിലെ ഗവേഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.
***
{ഉദ്ധരിച്ച ഉറവിടങ്ങളുടെ(കളുടെ) ലിസ്റ്റിൽ താഴെ നൽകിയിരിക്കുന്ന DOI ലിങ്കിൽ ക്ലിക്ക് ചെയ്ത് നിങ്ങൾക്ക് യഥാർത്ഥ ഗവേഷണ പ്രബന്ധം വായിക്കാവുന്നതാണ്}
ഉറവിടം (ങ്ങൾ)
Khial PP et al 2018. പരസ്പര സംവേദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന നാനോഫോട്ടോണിക് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗൈറോസ്കോപ്പ്. പ്രകൃതി ഫോട്ടോണിക്സ്. 12(11) https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
