Fiber optik jireskop çalışırken; tüm sistem döndüğünde, ters yönde yayılan iki ışık huzmesi faz farkı üretir ve girişim yoğunluğu değişir. İnterferometrik FOG, optik dedektör tarafından algılanan yoğunluk değişimine göre dönme açısal hızını hesaplayabilir. Işık kaynağı tarafından yayılan ışık, sırasıyla saat yönünün tersine ve saat yönünde kapalı bir optik yolda yayılan ışın ayırıcı aracılığıyla iki özdeş ışına bölünür ve iki ışın, ışın ayırıcıyı engeller.
Kapalı optik yol eylemsizlik boşluğuna göre dönmezse, iki ışın aynı yoldan geçer ve faz farkı sıfırdır. Kapalı optik yol eylemsiz boşluğa göre bir dönme açısal hızına sahipse, iki ışın hafif bir optik yol farkıyla farklı yollar yaşar. Aynı zamanda, iki ışın da Sagnac etkisi olan bir faz farkına sahiptir. IFOG, dönüş açısal hızını ölçmek için Sagnac efektini kullanır. İnterferometrik FOG aslında Sagnac interferometredir.
Rezonans SİS
Rezonant FOG’un temel prensibi Sagnac etkisidir ve çekirdek cihazı, fiber halka rezonatördür. Rezonant FOG’un limit hassasiyeti, fotodetektörün atış gürültüsü tarafından belirlenir, bu nedenle rezonant boşluğun rezonans özellikleriyle yakından ilgilidir. Rezonant Fiber Optik Jiroskop (RFOG) ayrıca Sagnac etkisinin neden olduğu saat yönünde ve saat yönünün tersine optik yol değişikliklerine dayanır. Işık dalgası, periyodik girişimle fiber optik döngüde yayılır. Dar çizgi genişliğine sahip ışık kaynağı, rezonans etkisi ile sonuçlanan uzun tutarlılık özelliklerine sahiptir. Optik fiber döngüde yayılan ışık dalgasının optik yolundaki değişiklik, rezonans frekans noktasının değişmesine yol açar. Işık dalgasının rezonans frekans noktasının belirli bir yöndeki değişimi elde edilerek karşılık gelen açısal hız elde edilebilir.
RFOG, yansıtıcı ve iletim halkası rezonatörleri olmak üzere iki türe ayrılır. Yansıtıcı tip karanlık zirveleri tespit etmek için rezonatörün yansıma spektrumunu kullanırken, iletim tipi parlak zirveleri tespit etmek için rezonatörün iletim spektrumunu kullanır. RFOG’un temel prensibi Sagnac etkisidir. Rezonant jiroskop için çıkışı, rezonant boşlukta yayılan saat yönünde ve saat yönünün tersine huzmelerin frekans farkını algılar. Rezonans boşluğunun dik rezonans eğrisini kullanarak Sagnac frekans kaymasına duyarlı olduğundan, hassas fiber optik bobinin uzunluğunu büyük ölçüde azaltır. Rezonans boşluğu sabit olduğunda, iki ışın arasındaki frekans farkı sıfırdır. Rezonatör döndüğünde, zıt yönlerde yayılan iki ışık demetinin frekansı değişir ve iki ışının frekans farkı dönme hızı ile doğrusaldır. Rezonatör jiroskobunun algıladığı bu frekans farkı sinyalidir.
Uyarılmış Brillouin Saçılımı FOG
Lif halkasında iletilen ışığın yoğunluğu eşik seviyesine ulaştığında uyarılmış Brillouin saçılması meydana gelir. Saçılan ışığın frekansı, Sagnac etkisinin etkisine bağlı olarak fiber halkanın dönme açısal hızına göre değişir. Optik fiber halkanın dönme açısal hızı, CW ve CCW ışığı tarafından üretilen saçılan ışığın frekansı tespit edilerek ve frekansı yenilerek elde edilebilir. Uyarılmış Brillouin FOG, Brillouin lazerinden oluşan bir jiroskoptur. Halka Lazer Jiroskop’un (RLG) optik bir ürünüdür. Gelen ışık yoğunluğu, elektrostriktif etki nedeniyle optik fiberin Brillouin eşiğini aştığında, optik fiberde hareketli bir akustik dalga üretir.
Bu hareketli akustik dalganın varlığı, uyarılmış Brillouin saçılmasının (SBS) oluşmasına yol açar. İki pompalanan ışın (P1 ve P2) aynı anda ters yönde halka rezonatörüne çarptığında, pompalanan ışınların karşısındaki iki Brillouin ışını (B1 ve B2) üretilir. Halka rezonatörü sabitse, iki Brillouin ışını frekans farkı Dn ile orantılıdır. İki Brillouin ışını fotosentezlenir ve vuruş frekansı oluşturulur. Optik fiber rezonatörün dönüş hızı, vuruş frekansı Dn ölçülerek elde edilebilir. Fiber optik jiroskopun bazı özellikleri vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Tüm katı hal entegrasyonu, cihaz sağlam, kararlı, güçlü, şok ve hızlanma direncine sahiptir.
• Optik yol, fiber optik halka tarafından arttırılır, algılama hassasiyeti ve çözünürlüğü, lazer jiroskobuna kıyasla birkaç büyüklük sırasına göre artar. Böylelikle jiroskobun kilitlenme sorunu etkin bir şekilde çözülür.
• Mekanik hareketli parçalar olmadan aşınma ve yıpranma sorunu olmaz, bu nedenle uzun ömürlüdür.
• Tutarlı ışınların yayılma süresi çok kısadır ve teoride anında başlayabilir.
• Entegre optik teknolojiyi benimsemek kolay, sinyal kararlı ve güvenilirdir. Dijital olarak çıktı alınabilir ve doğrudan bilgisayar ara yüzüne bağlanabilir.
• Geniş bir dinamik aralığa sahiptir.
• Basit bir yapıya, düşük fiyata, küçük hacme ve hafifliğe sahiptir.
FOG’un diğer jiroskoplara göre birçok avantajı olsa da, kusurlu teknolojisi nedeniyle hala bazı eksiklikleri vardır.
Son teknoloji Fiber Optik Jiroskop
FOG, farklı ülkelerde farklı geliştirme ve araştırma statüsüne sahiptir ve kendine has özellikleri vardır. Amerika Birleşik Devletleri, Japonya, Fransa, Almanya, İngiltere ve Çin, FOG’un başlıca gelişmekte olan ülkeleridir. Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri, yüksek hassasiyetli FOG araştırma ve geliştirmesinde bariz avantajlara sahipken, Japonya düşük hassasiyetli FOG’un ticari uygulamasına daha fazla önem vermektedir. Çin ve diğer ülkeler de FOG’un araştırılmasına ve tanıtımına büyük önem vermektedir. Amerika Birleşik Devletleri, FOG’u geliştirme ve uygulamada öncüdür. Müteahhitleri, üniversiteleri ve devlet kurumları Litton, Honeywell, KVH, Norhrop Grumman ve Draper Laboratuvarı gibi temel teknolojileri geliştirir. Bu şirketler esas olarak yüksek hassasiyetli FOG araştırma ve geliştirme faaliyetlerinde bulunmakta, ABD askeri ve havacılık departmanlarına hizmet vermektedir. FOG’un geliştirilmesi ve üretiminde de çok iyi iş çıkarmışlardır. Günümüzde, Amerika Birleşik Devletleri’nde birçok FOG türü kullanıma sokulmuştur.
Japonya, FOG’un araştırma ve üretiminde de büyük bir ülkedir. Araştırma enstitüleri arasında Tokyo Üniversitesi, Hitachi Corporation, Mitsubishi Corporation, Japan Aerospace Electronics Company (JAE), Mitsubishi Precision Instrument ve benzerlerinin en son teknoloji laboratuvarı bulunmaktadır. Bu şirketler FOG’un pratikliğine büyük önem vermektedirler. Özellikle orta ve düşük hassasiyetli olanlar olmak üzere çeşitli FOG seviyelerini toplu olarak üretmişlerdir. Pratikte dünyanın ön saflarında yer alırlar ve çevre koruma, araç navigasyonu, endüstriyel kontrol vb. için uygulanabilir.
Batı Avrupa ülkelerinde FOG’un araştırma ve geliştirme çalışmaları esas olarak Fransa, İtalya ve Rusya’ya odaklanmaktadır. Bu ülkeler, FOG’un askeri uygulamalarının geliştirilmesine büyük önem vermektedir. Bu ülkeler esas olarak 1 (°) / saatten daha yüksek sürüklenme oranına sahip düşük performanslı FOG ekipmanı, Donanma ve hava kuvvetleri geliştirmeye kararlıdır. İlk nesil FOG üretime girmiştir, örneğin, Fransa’da IxSea Company tarafından üretilen PHINS serisi FOG, atalet seyrüsefer ve derin su operasyonlarına uygulanmıştır. Tescilli FOG teknolojisine dayanan Civitanavi Systems, İtalya, uydu fırlatıcılarının tutum stabilizasyonu ve navigasyonu için bir FOG geliştirmiştir. Araştırma ve keşifte 30 yılı aşkın bir sürenin ardından, FOG teknolojisi yüksek bir seviyeye ulaşmıştır. Doğruluğu garanti ederken ve mevcut gereksinimleri karşılarken, FOG yavaş yavaş düşük maliyet, minyatürleştirme, yüksek güvenilirlik ve uzun ömür yönünde gelişmektedir.
FOG, uzay aracı, uydu, uçak, vb. dahil olmak üzere ağırlıklı olarak astronotikte kullanılmıştır ve ayrıca gemi, otomobil navigasyonu, maden vb. sivil alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı sıfır önyargı kararlılığına bağlı olarak, uygulamaları farklıdır. Önyargı stabilitesi 10 ° / s’den büyükse, kara taşıtı navigasyonunda, robot tutum kontrolünde ve kamera veya anten stabilizasyon cihazında kullanılabilir. Ve önyargı kararlılığı 0,001 ila 0,01 ° / sa arasında değişen küçük olduğunda, FOG havacılık atalet navigasyon sisteminde ve navigasyonda kullanılabilir. Oysa hassas uzay aracı uygulamalarında, hassas nişan alma ve izleme için gereken sıfır önyargı kararlılığı 0,001 ° / saatten daha azdır.
FOG, Sagnac etkisine dayalı bir tür açısal oran ölçüm aracıdır. Hareketli parça ve aşınan parça olmaması, küçük boyut, hafiflik, geniş dinamik aralık, hızlı başlatma, uzun ömür, düşük maliyetli, darbeye dayanıklı yapı, esnek tasarım ve basit üretim süreci gibi avantajları vardır. Genel olarak havacılık, navigasyon ve havacılık gibi ataletsel navigasyon sistemlerinde kullanılır ve yüksek hassasiyet yönünde değildir. Sürekli gelişme modern mikroelektronik teknolojisi, optoelektronik teknolojisi ve sinyal işleme teknolojisinin gelişmesiyle, FOG gelişmeye devam etmektedir.
Kaynakça:
ixblue.com/fiber-optic-gyroscopes-technology apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a363917.pdf
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu