SIGMA40 เข็มทิศ Gyro แบบ Ring Laser

sigma40-gyro-laser-ring

ATTITUDE & HEADING REFERENCE SYSTEM
INERTIAL NAVIGATION SYSTEM

ระบบนำทางเรือ ด้วย ไยโร ริงเลเซอร์

  • เทคนิคของ Gyroscope ได้กำเนิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ.1852 โดย นักวิทยาศาสตร์ ชาวฝรั่งเศษที่ชื่อ ณอง โบนาปาต์ เลอง ฟูโกลต์ ( Leon Foucault ) ได้คิดประดิษฐ์ล้อที่ติดตั้งอยู่ในวงแหวนที่หมุนได้ เมื่อหมุนล้อหรือโรเตอร์แล้วเจ้าล้อมันจะหมุนใน ทิศทาง เดิมของมันในอากาศโดยไม่ขึ้นกับการเอียงไปเอียงมาของกรอบหรือวงแหวนที่ล้อมรอบมันซึ่งเค้าได้ตั้งชื่อ อุปกรณ์ตัวนี้ว่า Gyroscope ซึ่งจากคุณสมบัติในข้อนี้เอง ทำให้มันสามารถที่จะเป็นเครื่องบ่งชี้ทิศทางได้นั่นเอง ไจโรสโคป นั้นมีประโยชน์ อย่างมากมาย การใช้ไจโรสโคปครั้งแรก เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1910 นายเอลเมอร์ เอ.เสปอร์รี ( Elmer A.Sperry ) ได้สร้างเครื่อง บินที่บินอัตโนมัติ โดยใช้คุณสมบัติการรักษาทิศทางของไจโรสโคปเพื่อให้เครื่องบิน บินได้ตรงทิศทาง

Gyroscope

  • เทคนิค Gyroscope อธิบายง่ายๆ ก็คือ มอเตอร์ตัวหนึ่งที่มีวง Gimbal รองรับให้มี อิสระในการหมุนได้รอบตัวนั่นเอง

ปรากฎการณ์ของ Gyroscope

  • การนอนวัน ( Rigidity in space ) หมายถึง Gyroscope ที่หมุนลูกข่างด้วยความเร็วสูงแล้ว แกนหมุนของมันจะชี้
    ทิศประจำตลอดเวลาการ Precession คือ อาการที่แกนของ Gyroscope หันไปจากแนวเดิมเมื่อมีแรงมากระทำ
    โดยที่เมื่อ Gyroscope อยู่ในสถานะ นอนวันแล้ว เมื่อเราใส่แรงกระทำโดยถ้ากดที่แกนนอน มันจะหันรอบแกน
    ตั้งหรือถ้าใส่แรงที่แกนตั้งมันจะกระดกรอบแกนนอนแทน เมื่อนำ Gyroscope ที่อยู่ในสถานะนอนวันแล้ว วางบน
    พื้นโลกโดยให้แกนหมุนขนานกับ พื้นโลก เมื่อโลกหมุนไปจะสังเกตได้ว่า แกนของ Gyroscope ดูเสมือนกระดก
    ขึ้นซึ่งที่จริงแล้วเป็นผลจากการที่แกน Gyroscope ชี้ทิศประจำตลอดเวลานั่นเอง

Spinning Wheel Gyroscompass

  • เมื่อได้รู้จักกับปรากฎการณ์ของ Gyroscope และ ปรากฎการณ์ทางธรรมชาติของโลกแล้ว จึงได้นำมาสร้างเป็นเข็มทิศไยโร ( Gyroscompass ) โดยที่ต้องมีคุณสมบัติตามที่กล่าวไว้นั่นคือ ชี้ทิศเหนืออย่างต่อเนื่อง และขนานกับพื้นโลก ตลอดเวลา ซึ่งจากหลักการของการ Precession ถ้าหากมีการประยุกต์แรงที่เหมาะสม โดยการใช้อุปกรณ์ตรวจจับ อาการเอียงเช่น Accelerometer ก็จะทำให้แกนของ Gyroscope ค่อยๆ หันเข้าหาทิศเหนือได้เข็มทิศไยโรที่ใช้หลักการแบบนี้เราจะเรียกว่า เข็มทิศไยโรแบบ Spining Wheel ซึ่งสามารถแยกออกเป็น 2 ประเภท คือ
    1.  ให้ค่าทิศหัวเรือ ( Heading ) เพียงอย่างเดียว
    2. ให้ค่าทิศหัวเรือ ( Heading ), กระดกด้านหน้า ( Pitch ) และการเอียงด้านข้าง ( Roll )
    แต่ปัญหาของเข็มทิศไยโรแบบนี้ก็ คือ การที่มีส่วนเคลื่อนไหวตลอดเวลาย่อมทำให้เกิดการสึกหรอเป็นผลทำให้อายุการใช้งานลดลง ประกอบกับการรักษาระนาบอ้างอิงให้ขนานกับพื้นโลก ต้องอาศัย Gimbal Ring ซึ่งในบางครั้งไม่อาจตอบสนองได้ทันตามอาการของ เรือดังนั้นเมื่อ Technology มีการเปลี่ยนแปลงไปเข็มทิศไยโรแบบ Ring Laser Gyro จึงได้ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อลดปัญหาที่เกิด ขึ้นกับไยโรแบบเก่า

sigma40-gyro-ring-laser-marinthai

gyro-laser-ring-attitudeheading

sigma40-gyro-laser-ring-technology

เข็มทิศ Gyro แบบ Ring Laser หรือ ไยโร ริงเลเซอร์

  • เข็มทิศไยโรแบบ Ring Laser เป็นอุปกรณ์ที่ให้ทั้งค่า Heading,Roll และ Pitch ซึ่งถูกออกแบบให้มีส่วนเคลื่อนไหวนั่นคือ ไม่มี Gyroscope ที่หมุนด้วยความเร็วสูงและไม่มี Gimbal Ring ทำให้ขจัดปัญหาที่เกิดจากการสึกหรอและสามารถตอบสนองได้ทันตาม อาการของเรือ ดังนั้นจึงทำให้ Ring Laser Gyro เป็นอุปกรณ์ที่มีความเที่ยงตรงสูง และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า เนื่องจาก Ring Laser Gyro ไม่มี Gyroscope และ Gimbal Ring ดังนั้นการที่จะทำให้มันชี้ทิศเหนือ อย่างต่อเนื่องและขนานกับ พื้นโลกตลอดเวลานั้นจึงต้องอาศัยหลักการทำงานที่เปลี่ยนแปลงไป แต่สิ่งที่่ยังจำเป็นเข็มทิศไยโรที่ไม่เปลี่ยนแปลงนั่นก็คือ ปรากฎการณ์ทางธรรมชาติของโลก 2 อย่าง คือ แรงโน้มถ่วงของโลกและอัตราการหมุนรอบตัวเอง

ส่วนประกอบที่สำคัญ

  1. Sensor Block ได้ถูกออกแบบขึ้นมาทดแทน Gyroscope โดยมีหน้าที่ตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงทิศทางตามแนวแกน ซึ่งมี
    ลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมภายในบรรจุ Helium – Neon เพื่อกำเนิดแสง Laser วิ่งอยู่ภายใน
  2. Accelerometer ใช้วัดความเร่งตามแนวแกนเพื่อใช้ในการรักษาระนาบกับพื้นโลกตลอดเวลา
  3. Processor ใช้ในการคำนวณค่าต่างๆ ที่ตรวจจับได้จากข้อ 1 – 2 เพื่อนำไปใช้ในการควบคุม และแสดงผลตามต้องการ

หลักการทำงาน

  • เนื่องจากเข็มทิศไยโรแบบ Ring Laser ไม่มี Gimbal Ring ทำให้ Sensor Block ที่ถูกยึดติดไว้กับตัวเรือนั้น จะถูกปรับเปลี่ยนตำ แหน่งไปตามอาการโคลงของเรือไม่สามารถจะปรับตัวให้อยู่บนระนาบอ้างอิงที่ขนานกับพื้นโลกตลาดเวลาได้ ดังนั้นเทคโนโลยี ที่เรียกว่า Strapdown Technology จึงได้ ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้โดยที่คอมพิวเตอร์ของระบบจะสร้างระนาบอ้างอิงขึ้น เรียกว่า Navigation Frame ข้อแตกต่างและข้อดีข้อเสียระหว่างเข็มทิศไยโร แบบ Spinning Wheel และ แบบ Ring Laser

ด้านโครงสร้าง Ring Laser Gyro

  • ไม่มีส่วนเคลื่อนไหวหรือ Gyroscope ทำให้มีอายุการใช้งานได้นานกว่า และ มีวงรอบการซ่อมบำรุงรักษาที่ยาวนานกว่า
  • ไม่มี Gimbal Ring ทำให้สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอาการของเรือได้อย่างต่อเนื่องและแม่นยำ

ด้านคุณลักษณะ Ring Laser Gyro

  • ให้ความถูกต้องแม่นยำกว่า ทั้งในค่าของ Heading Roll และ Pitch อีกทั้งมีอัตราผิดของตำแหน่ง เมื่อเวลาเปลี่ยนไปน้อยกว่า
  • มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า อีกทั้ง ระยะเวลาที่ใช้ในการตรวจสอบ และการซ่อมบำรุง น้อยกว่า
  • มีช่วงวงรอบของการบำรุงรักษาที่ยาวนานกว่าทำให้สามารถตอบสนองความต้องการได้อย่างต่อเนื่อง

ข้อเสีย ของเข็มทิศไยโร แบบ Ring Laser มีเพียงอย่างเดียวคือเป็นเทนโนโลยีที่ใหม่ยังไม่แพร่หลายทำให้ยังคงมีราคาสูงเมื่อ เทียบกับเข็มทิศไยโรแบบเดิม
จากที่ได้กล่าวข้างต้นทั้งในด้านของเทคโนโลยีความน่าเชื่อถือการใช้งาน การซ่อมบำรุงและราคาแล้ว จะเห็นได้ว่าเข็มทิศไยโรแบบ Ring Laser นั้น มีคุณสมบัติครบถ้วนเหมาะแก่การใช้งาน มีข้อเสียเพียงอย่างเดียวคือยังมีราคาสูงแต่ถ้าหากพิจารณาในระยะยาว ประกอบกับความจำเป็นของเรือที่มีขีดความสามารถในทางยุทธการสูงแล้วเข็มทิศไยโรแบบ Ring Laser ก็ยังถือเป็นความคุ้มค่าที่น่าลงทุน ซึ่งในปัจจุบัน บริษัท SAFRAN SAGEM แห่งประเทศฝรั่งเศส ผู้เชี่ยวชาญด้านพัฒนาและผลิตอุปกรณ์เครื่องไยโรเรือเดินทะเล และเรือรบของกองทัพเรือทั่วโลก ได้พัฒนา SIGMA 40 ที่เป็นระบบไยโร ริงเลเซอร์ ได้สมบูรณ์แบบให้ค่า Heading, Roll และ แม่นยำ

027035544marinethaistorespurpletracss

Post Views: 5,233