Jiroskop, hareketli nesnelerin yönünü tam olarak belirleyebilen bir tür açısal hız ölçüm cihazıdır. İlk olarak navigasyonda kullanılsa da daha sonraları modern havacılık, havacılık ve ulusal savunma endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan bir alet navigasyon aracı haline geldimiştir. Jiroskobun hayati bir temsilcisi olan fiber optik jiroskop (FOG), kompakt yapı, yüksek hassasiyet ve yüksek çevresel uyumluluk açısından avantajlara sahiptir. FOG, birçok alanda geniş çapta kullanılır ve aynı zamanda modern navigasyon cihazlarının önemli bir bileşenidir.
Jiroskopun Sınıflandırılması
Jiroskobun çalışma prensibine göre klasik mekanik tabanlı jiroskop ve modern fizik tabanlı jiroskop olarak ikiye ayrılabilir. Atalet uzayına göre hassas taşıyıcının farklı açısal hız ortamına dayalı olarak jiroskoplar, mühendislikte rotor jiroskopları, optik jiroskoplar, manyetohidrodinamik jiroskoplar ve atomik jiroskoplar olarak kategorize edilebilir. En yaygın rotor jiroskopları arasında sıvı yüzen jiroskoplar, dinamik olarak ayarlanmış jiroskoplar, elektrostatik jiroskoplar ve titreşim jiroskopları bulunur. Optik jiroskoplar arasında lazer jiroskopları, fiber optik jiroskoplar ve mikro işlenmiş jiroskoplar mühendislikte uygulanmış MEMS jiroskoplarını içerir.
Jiroskopun Performans Göstergeleri ve Uygulama Gereksinimleri
Jiroskobun genel performansını analiz etmek ve değerlendirmek, uygulamasına referans sağlamak için bir dizi kriter formüle edilmelidir. Genel olarak, jiroskop performansının ana göstergeleri ölçek faktörü kararlılığı, sürüklenme kararlılığı, rastgele yürüme, menzil ve maliyet vb’dir. Bu göstergelere göre jiroskoplar dört kategoriye ayrılır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Stratejik seviye,
• Atalet navigasyon seviyesi,
• Taktik seviye,
• Ticari seviye,
Farklı jiroskop teknolojilerinin uygulamalarını ve gereksinimleri vardır. Yüksek performanslı jiroskop pazarının neredeyse yarısı ulusal savunma uygulamaları kapsamında yer alırken, ticari havacılık pazarın % 25’ini oluşturur. Günümüzde, bu iki pazar alanında başlıca iki olgun opto elektronik teknolojisi vardır: Sagnac etkisine dayalı halka lazer jiroskop (RLG) ve fiber optik jiroskoplar (FOG).
Fiber Optik Jiroskop
FOG ilk olarak 1970’li yıllarda önerilmiş ve üzerinde çalışılmalar yapılmıştır. Daha sonra ortaya çıkışı, tüm katı hal sensörlerinin araştırılmasının yolunu açmıştır. Başlangıçta orta düzey uygulamalara ayrıldığı düşünülmüştür, ancak zamanla teorik araştırma ve mühendislikte bir dizi olağanüstü başarı elde edilmiştir. Günümüzde FOG, stratejik performans düzeyine ulaşmış ve sapma gürültüsü ve uzun vadeli kararlılık açısından halka lazer jiroskobu geride bırakmıştır. Avantajları daha belirgin ve uygulama alanları daha kapsamlı hale gelmektedir. Yavaş yavaş her ülke için temel kalkınma hedefi haline gelmiştir.
![Fiber Optik Jiroskop Geliştirilmesi ve Uygulanması]()
Fiber Optik Jiroskopun Geliştirme Geçmişi
Fiber Optik Jiroskopun Geliştirme Geçmişi1913 yılında Fransız fizikçi G. Sagnac, önemli miktarda deney yoluyla yeni bir teori sunmuştur. Kapalı optik yol boyunca yayılan iki ışının faz kayması, kapalı optik yolun normal giriş açısal hızı ile orantılıdır ve bu sagnac etkisidir. 2. Dünya Savaşı sırasında atalet navigasyon teknolojisinin başarılı bir şekilde uygulanması, FOG’u daha zor hale getirmiştir. Erken atalet navigasyon sisteminde, sensör sistemi kararlı bir platform kullanmıştır. Bilim ve teknolojinin ilerlemesi ve yapay uydunun ortaya çıkması ile insanlar basit yapı, küçük boyut, hafiflik, düşük maliyetli ve kolay bakım özelliklerine sahip, kayan atalet navigasyonu kavramını ortaya koymuştur. Bu yüzdende hassas cihazlar giderek daha fazla talepkar hale gelmektedir.
2. Dünya Savaşı’ndan sonra jiroskopik teknoloji hızla gelişmiş 1963 yılında SePoy Jiroskop Şirketi, optik jiroskop alanında bir atılım yapmıştır. İlk deney, halka lazer jiroskopunu göstermiştir. Bundan sonra, yaklaşık 20 yıllık çabaların ardından, atalet halkalı lazer jiroskopu pratik hale gelmiştir. 1983 yılında, Honeywell’in halka lazer jiroskobu, yeni yolcu uçağı Boeing 767 ve 757’nin havadan aşağı inen atalet navigasyon sistemine takılmıştır. Optik fiber iletişim, fiber optik ve lazer teknolojisinin hızlı gelişimi, Sagnac interferometreye dayalı optik rotasyon sensörünün daha da geliştirilmesini teşvik etti. 1970’li yılların ortalarında ve sonlarında, fiber optik jiroskop adı verilen yeni bir optik jiroskop türü ortaya çıkmıştır.
Bilim adamları Macek ve Davis, 1963 yılında halka lazer jiroskoplarının doğruluğunu ve gerçekleştirilebilirliğini doğrulamışlardır. 1967 yılında, Fransız fizikçiler G. Pincher ve G. Herpner, jiroskoplarda optik fiberlerin kullanılması hipotezini önermişlerdir. 1976 yılında ise Amerikalı bilim adamları Victor Vali ve Richard W. Shorthill, FOG’un teorik aşamasından pratik aşamasına geçişi simgeleyen G. Pincher ve G. Herpner’ın hipotezini test etmişlerdir. 1978 yılında, McDonald Company ilk pratik FOG’u geliştirmiş ve 1980 yılında Bergh ve ekibi ilk tamamen fiber optik jiroskop test prototipini üreterek FOG’u pratikliğe doğru büyük bir adım haline gelmesine neden oluşlardır. 1980’li yılların ortalarında, interferometrik fiber optik jiroskop başarıyla geliştirilmiştir.
Optik jiroskopun geliştirilmesi ve uygulanması, atalet navigasyon teknolojisi tarihinde önemli bir kilometre taşıdır. FOG, dikkate değer avantajları, esnek yapısı ve geniş uygulama olanakları nedeniyle askeri alanda büyük bir değere sahiptir. Dünyanın birçok ülkesinde üniversitelerin ve bilimsel araştırma kurumlarının ilgisini çekmiş, araştırmaya çok fazla enerji yatırmıştır. 1980’li yılların sonunda ve 1990’lı yılların başında, FOG teknolojisi yaygın olarak kullanılmıştır. Duyarlılığı dört büyüklük sırası ile geliştirilmiş ve açısal hız ölçüm doğruluğu ilk 15 ° / s’den 0.001 ° / saate yükseltilmiştir.
Fiber Optik Jiroskop Sınıflandırması
FOG gelişimi kabaca üç nesile ayrılabilir ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• İnterferometrik FOG,
• Rezonant FOG
• Uyarılmış Brillouin saçılımı FOG,
Fiber Optik Jiroskop Temel Bileşimi
FOG, fiber optik iletişimin katı hal teknolojisine dayanmaktadır. Uygun tasarım ve bileşenlerle, FOG performansının yüksek performanslı terminaller için bile üretimde tekrarlanabilir olduğunu unutmamalıdır. Spesifik olarak, FOG’un ana bileşenleri vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• EDFA teknolojisine dayalı gelişmiş bir geniş bant kaynağı olan AAA, 1550 nm dalga boyuna sahiptir. Dalgaboyu kararlılığı, fiber Bragg ızgaralı dahili spektral filtreleme ile elde edilebilir.
• Polarizasyon koruyan fiber optik bobinler (orta menzilde yüzlerce metre ve yüksek kalitede kilometreler).
• Linbo3’ün elektrotlu entegre optik devresi, faz modülasyonu oluşturmak ve proton değişim dalga kılavuzu aracılığıyla iyi polarizasyon seçiciliği sağlamak için kullanılır.
• Girişim ölçerin ortak giriş-çıkış portundan dönen detektör ışığına sinyalleri iletmek için bir fiber optik bağlayıcı (veya daha yüksek dönüş gücü için sirkülasyon cihazı).
• Dedektör sinyallerini örneklemek için analogdan dijitale (A / D) dönüştürücü.
• Dijitalden analoğa dönüştürücü aracılığıyla faz modülasyonu ve faz geri bildirimi üreten dijital mantık elektronik cihaz.
Kaynakça:
ixblue.com/fiber-optic-gyroscopes-technology
apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a363917.pdf
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu