İnterferometrik Fiber Optik Jiroskop

Abstract

Bu çalışmada, Sagnac etkisine dayanan interferometrik fiber optik jiroskopların çalışma prensiplerinin öğrenilmesi yanında karşılaştırma amacıyla bir kaç adet prototip jiroskopun geliştirilmesi ve kalibrasyonunun yapılması amaçlanmıştır. İlk interferometrik fiber optik jiroskop 1976 yılında geliştirilmiş olmasına rağmen olgunluğa erişip kullanıma girmesi 1990’lı yılları bulmuştur. Şu anda kara, hava, deniz ve uzay uygulamalarında birincil ataletsel seyrüsefer sensörü olarak kullanılmaktadır. Yapılan çalışmanın amaçlarından bir diğeri de interferometrik fiber optik jiroskopun ülkemizde üretimi için bilgi birikimi ve altyapı oluşturmaktır. Geliştirilen jiroskopun kolay temin edilebilir komponentlerden oluşması tercih edilmiştir. Böylelikle, parça sıkıntısı çekilmeyecek ve kolay imal edilebilecektir. Laboratuarda inşa edilen iki adet interferometrik fiber optik jiroskopun ölçüm sonuçları birbirine yakın elde edilmiştir. Ayrıca bu sonuçların teorik hesaplara uygun olduğu da gözlenmiştir. Jiroskopların kalibrasyonu, ısıl testler için gerekli uygun ölçüm cihazları olmadan ve ortamın değişken sıcaklığında yapılmıştır. Optik ve elektronik bileşenlerin hiçbiri için ısıl stabilizasyon olmadan yapılan hassasiyet ölçümlerinde, sensörlerin en az 0.05 derece/saniye’lik dönüş hızlarını sorunsuz algılayabildiği gözlemlenmiştir. Bu hassasiyetin uygun paketleme, ısıl karakterizasyon, model tabanlı kompanzasyon, sayısal filtreleme ve hassas kalibrasyon yöntemlerinin uygulanmasıyla en az 0.01 derece/saniye’ye ulaşacağı öngörülmüştür ki, bu kısa menzilli taktik uygulamalar ile robotik seyrüsefer sistemleri için yeterli olmaktadır.

In this study, acquisition of principles of interferometric fiber optic gyroscope based on Sagnac effect, along with development and calibration of more than one prototype gyroscopes for comparison is targeted. Although, first interferometric fiber optic gyroscope was developed in 1976, it was after 1990 for the fiber optic gyroscope to earn its maturity and be used. Now, it is used as a primary inertial navigation sensor in land, air, sea and space applications. Another purpose of this work is to constitute know-how and basis for manufacturing of interferometric fiber optic gyroscope in our country. Components of the developed gyroscopes were selected among easy supplied parts. In this way, component shortage will not be an issue and easy manufacturability is assured. Calibration results of the two interferometric fiber optic gyroscopes, which were constructed in laboratory, are obtained similar. Also these results are in accord with the theoretical calculations. Calibration of gyroscopes is done in varying ambient temperature conditions without appropriate devices required for thermal tests. According to sensitivity measurements performed, without any thermal stabilization for optic and electronic components, minimum 0.05 degrees per second rotation rate was easily sensed by both sensors. This sensitivity could easily be enhanced by the application of proper packaging, thermal characterization, model based compensation and precision calibration methods, to minimum 0.01 degrees per second which is suitable for short range tactical applications and robotic navigation systems.