Bir jiroskop, hareket eden nesnelerin yönünü doğru bir şekilde belirleyebilen bir tür açısal hız ölçüm cihazıdır. İlk olarak navigasyonda kullanılmasına rağmen, o zamandan beri modern havacılık, uzay ve ulusal savunma endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan bir navigasyon aracı haline geldi. Jiroskopun hayati bir temsilcisi olan fiber optik jiroskop (FOG), kompakt yapı, yüksek hassasiyet ve yüksek çevresel uyumluluk avantajlarına sahiptir. FOG, birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır ve aynı zamanda modern navigasyon cihazlarının temel bir bileşenidir.
İçindekiler
Jiroskop sınıflandırması
Jiroskopun çalışma prensibine göre iki kısma ayrılabilir: klasik mekanik jiroskop ve modern fizik tabanlı jiroskop. Atalet uzayına göre mikro vektörün farklı açısal hız ortamına bağlı olarak jiroskoplar, mühendislik dönen jiroskopları, optik jiroskoplar, manyetik ve dinamik jiroskoplar ve atomik jiroskoplar olarak sınıflandırılabilir. En yaygın dönen jiroskoplar, sıvı yüzen jiroskopları, dinamik olarak ayarlanmış jiroskopları, elektrostatik jiroskopları ve titreşimli jiroskopları içerir. Optik jiroskoplar lazer jiroskopları, fiber optik jiroskopları ve MEMS mühendislik jiroskoplarını içeren mikro jiroskopları içerir.
Bir jiroskop uygulaması için performans göstergeleri ve gereksinimler
Bir jiroskopun genel performansını analiz etmek ve değerlendirmek için, uygulamasına bir referans sağlamak üzere bir dizi standart formüle edilmelidir. Genel olarak, jiroskop performansının ana göstergeleri ölçek faktörü kararlılığı, sürüklenme kararlılığı, rastgele yürüyüş, menzil, maliyet vb.’dir. Bu göstergelere göre jiroskoplar aşağıdaki gibi dört sınıfa ayrılır:
stratejik seviye,
• atalet navigasyon seviyesi,
• taktik seviye,
ticari seviye,
Farklı jiroskop teknolojilerinin kendi uygulamaları ve gereksinimleri vardır. Yüksek performanslı jiroskop pazarının yaklaşık yarısı milli savunma uygulamaları tarafından karşılanırken, ticari havacılık sektörü pazarın %25’ini oluşturmaktadır. Şu anda, bu iki pazar alanında iki olgun optoelektronik çekirdek teknolojisi bulunmaktadır: Sagnac etkisine dayalı halka lazer jiroskopları (RLG) ve fiber optik jiroskoplar (FOG).
fiber optik jiroskop
FOG ilk olarak 1970’lerde önerildi ve incelendi. Sonraki görünümü, tüm katı hal sensörlerinin araştırılmasının yolunu açtı. Başlangıçta ara uygulamalar için olduğu düşünülüyordu, ancak zamanla teorik araştırma ve mühendislikte bir dizi kayda değer atılım yapıldı. Bugün FOG, stratejik performans düzeyine ulaştı ve kırınım gürültüsü ve uzun vadeli kararlılık açısından halka lazer jiroskopunu geride bıraktı. Avantajları giderek daha belirgin hale geliyor ve uygulama alanları daha genişliyor. Yavaş yavaş her ülkenin ana kalkınma hedefi haline geldi.
Fiber optik jiroskopun gelişim tarihi
1913 yılında Fransız fizikçi J. Sanyak, çok sayıda deney yaparak yeni bir teori geliştirdi. Kapalı bir optik yol boyunca yayılan iki ışının faz kayması, kapalı optik yolun normal giriş açısal hızı ile orantılıdır ve bu sagnac etkisidir. İkinci Dünya Savaşı sırasında atalet navigasyon teknolojisinin başarılı bir şekilde uygulanması, FOG’u çok daha zor hale getirdi. Erken eylemsiz navigasyon sisteminde, sensör sistemi sabit bir platform kullanıyordu. Bilim ve teknolojinin ilerlemesi ve yapay uyduların ortaya çıkmasıyla birlikte insanlar, basit yapı, küçük hacim, hafiflik, düşük maliyet ve kolay bakım ile karakterize edilen yüzen ataletsel navigasyon kavramını tanıttı. Hassas aletlerin giderek daha talepkar hale gelmesinin nedeni budur.
Dünya Savaşı’ndan sonra cayro teknolojisi hızla gelişti ve 1963’te SePoy Gyroscope Company, optik jiroskoplar alanında bir atılım yaptı. İlk deney, lazer halkalı jiroskopu gösterdi. Ardından, yaklaşık 20 yıllık çabanın ardından atalet halkası lazer jiroskopu pratik hale geldi. 1983 yılında, Boeing 767 ve yeni 757’nin havadaki ataletsel navigasyon sistemine Honeywell’den dairesel bir lazer jiroskop yerleştirildi. Fiber optik iletişim, optik fiberler ve lazer teknolojisindeki hızlı gelişme, Sagnac interferometreye dayalı optik rotasyon sensörünün daha da geliştirilmesine yol açmıştır. 1970’lerin ortalarından sonlarına kadar, fiber optik jiroskop adı verilen yeni bir tür optik jiroskop ortaya çıktı.
Halka lazer jiroskoplarının doğruluğu ve kullanışlılığı, 1963’te bilim adamları Macyck ve Davies tarafından doğrulandı. 1967’de Fransız fizikçiler J. Pincher ve c. Herbner, jiroskoplarda optik fiberlerin kullanıldığını varsaydı. 1976’da Amerikalı bilim adamları Victor Valley ve Richard W. Shorthill, J. Pincher ve J.J. FOG’un teorik aşamasından pratik aşamasına geçişi simgeleyen Herbner. 1978’de MacDonald ilk pratik FOG’u geliştirdi ve 1980’de Berg ve ekibi ilk fiber optik jiroskop test prototipini üreterek FOG’u pratik uygulamaya doğru büyük bir adım haline getirdi. 1980’lerin ortalarında, bir fiber optik interferometrik jiroskop başarıyla geliştirildi.
Optik jiroskopun geliştirilmesi ve uygulanması, eylemsiz navigasyon teknolojisi tarihinde önemli bir kilometre taşıdır. FOG, etkileyici özellikleri, esnekliği ve geniş uygulama olanakları nedeniyle orduda oldukça değerlidir. Dünyanın birçok ülkesindeki üniversitelerin ve bilimsel araştırma kurumlarının ilgisini çekmiş ve araştırmaya çok fazla enerji yatırmıştır. 1980’lerin sonunda ve 1990’ların başında, FOG teknolojisi yaygın olarak kullanıldı. Duyarlılığı dört kat artırıldı ve açısal hız ölçüm doğruluğu 15°/sn’den 0,001°/sa’e yükseltildi.
Fiber optik jiroskopun sınıflandırılması
FOG’un gelişimi kabaca aşağıdaki gibi üç nesle ayrılabilir:
• interferometrik SİS,
Sis çınlıyor
• Uyarıcı Brillouin SİS saçılımı,
Bir fiber optik jiroskopun temel yapısı
FOG, fiber optik iletişim için katı hal teknolojisine dayanmaktadır. Doğru tasarım ve bileşenlerle, FOG performansının yüksek performanslı tesisler için bile üretimde çoğaltılabileceğine dikkat edilmelidir. Spesifik olarak, FOG aşağıdaki gibi ana bileşenlere sahiptir:
• AAA, 1550 nm dalga boyuna sahip, EDFA teknolojisine dayalı gelişmiş bir geniş bant kaynağıdır. Dalga boyu stabilitesi, bir Bragg fiber ağ ile dahili spektral filtreleme ile elde edilebilir.
• Fiber optik bobinleri tutan polarizasyon (orta aralıkta yüzlerce metre ve yüksek kalitede kilometrelerce).
• Linbo3’te faz modülasyonu oluşturmak ve proton değişim dalga kılavuzu aracılığıyla iyi polarizasyon seçiciliği sağlamak için elektrotlu entegre bir optik devre kullanılır.
• Sinyalleri interferometrenin ortak G/Ç bağlantı noktasından dönüş projektörüne iletmek için bir fiber optik kuplör (veya daha yüksek geri dönüş gücü için dairesel).
• Dedektör sinyallerinin örneklenmesi için analogdan dijitale (A/D) dönüştürücü.
• Bir dijitalden analoğa dönüştürücü aracılığıyla faz modülasyonu ve faz geri beslemesi üreten bir dijital mantık elektronik cihazı.
kaynak:
ixblue.com/fiber-optic-gyroscopes-technology
apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a363917.pdf
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]