بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله سیستم ژیروسکوپ نوری با استفاده از نرم افزاراُ پتی سیستم طراحی شده است. اثرات طول فیبر نوری در حلقه ساگناک و تقویت کننده نوری در حلقه فیدبک در سیگنال خروجی ژیروسکوپ نوری با منیع لیزر موج پیوسته بررسی شده است. دامنه سیگنال خروجی ژیروسکوپ با تغییر طول فیبر در حلقه ساگناک تغییر خواهد کرد و همچنین دامنه سیگنال به ازای آشکارسازهای نوری PIN و APD بررسی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شده است که دامنه سیگنال در خروجی ژیروسکوپ به ازای آشکارساز APD دارای مقدار بیشتری میباشد.
.1 مقدمه
یک ژیروسکوپ نوری یک سنسور سرعت زاویهای میباشد که برای اثر ساگناک استفاده شده است.[1] شیفت فازی دو پرتو نوری ورودی که در امتداد مسیر نوری معکوس در جهت عکس ساعت در یک کاواک رینگ انتشار پیدا میکنند, برای کاهش سرعت زاویهای استفاده شده اند. ژیروسکوپهای رینگ -لیزر - - RLG و ژیروسکوپ فیبر نوری - - FOG مبتنی بر اثر یکسان ساگناک میباشند.
از آنجاییکه اثرات تجربی آزمایش اصلی ساگناک بطور خیلی زیادی ضعیف بود,[2] اما این اثر با دوباره به چرخش درآمدن در کاواک تشدید یک رینگ لیزر و یا با استفاده از لوپهای بیشماری از یک سیم پیچ فیبر افزایش یافت.[1] سیستم RLG فقط بعد از چند سال از اختراع لیزر در سال 1960 شرح داده شد و آن مبتنی بر تکنولوژی نئون- هلیوم بود.
اختراع فیبرهای نوری با تضعیف پایین و منابع نوری نیمههادی موثر برای ارتباطات نوری در سال 1970 توسعه پیدا کردند و یک راهی را برای یک افزاره حالت جامد کامل باز کردند.[2] سیستم ژیروسکوپ فیبر نوری - - Fiber Optic Gyroscope سنتی از مولفههای نوری بسیاری مانند منبع نوری, کوپلر, آشکارساز, مدولاتور فاز نوری - یا تراشههای نوری مجتمع - و همچنین سیمپیچ حس کننده فیبر نوری تشکیل شده است.
برای کاهش اندازه ماژول در یک پکیج مجتمع, یک منبع نوری مجتمع شده مینیاتوری, ایزولاتورهای دومرحلهای و فوتودیود در ماژولها فرستنده-گیرندهای نوری برای کاهش هزینههای آزمایشگاهی توسعه پیدا کردهاند.[4] ,[3] عملکرد بعنوان سنسور سرعت زاویهای , ژیروسکوپ فیبر نوری - FOG - بطور گسترده در سیستمهای سلاح و جهتیابی بکار برده شده اند.[8] ,[7] ,[6] ,[5] طرح اصلی یک ژیروسکوپ فیبر نوری در شکل 1 نشان داده شده است.
در ژیروسکوپ فیبر نوری, کوپلر فیبر نوری برای جداسازی تشعشعات منبع نور به امواج منتشر شونده در جهت مخالف بکار برده شده است. این امواج شامل موجهایی در جهت ساعتگرد - CW - و در جهت پادساعتگرد - CCW - در سیم پیچ فیبر میباشند. همچنین این کوپلر برای بازترکیب امواج بعد از انتشار در آشکارساز میباشد.[9]
این مقاله در 7 بخش تقسیم بندی شده است. بخش 1 مربوط به مقدمه بوده که بطور کامل درباره نحوه عملکرد و کاربرد ژیروسکوپ توضیح داده شده است. بخش 2 مربوط به طراحی سیستم ژیروسکوپ نوری بوده و مشخصات مولفههای اصلی آن در جداول نشان داده شده است. بخش 3 مربوط به تحلیل اثر طول فیبر نوری حلقه ساگناک روی سیگنال خروجی ژیروسکوپ میباشد. بخش 4 مربوط به تحلیل اثر تقویت کننده حلقه فیدبک روی سیگنال خروجی ژیروسکوپ میباشد. بخش 5 مربوط به مقایسه آشکارسازهای APD و PIN بوده و اثر آنها روی سیگنال خروجی بررسی شده است. بخش 6 مربوط به نتیجهگیری مقاله و بخش 7 مربوط به مراجع میباشد.
.2 مشخصات ژیروسکوپ نوری
مشخصات پارامترهای کلی - - Global parametersدر اُپتی سیستم که ژیروسکوپ نوری بر اساس این مشخصات طراحی شده' در جدول 1 نشان داده شده است.
دیاگرام ژیروسکوپ نوری
با توجه به شکل 2 ژیروسکوپ نوری دارای منبع لیزر با موج پیوسته, دو حلقه ساگناک, یک حلقه فیدبک, کوپلر تک جهته و دو جهته و آشکارساز PIN میباشد. حلقه ساگناک شامل مولفههای شیفت دهندههای فازی, فیبر نوری, مدولاتور فاز و تاخیر دهنده نوری میباشد. حلقه فیدبک شامل مولفههای فیبر نوری, تقویت کننده نوری و تاخیر دهنده نوری میباشد. مشخصات آشکارساز ' PIN منبع لیزر با موج پیوسته و فیبر نوری که از مهمترین مولفههای سیستم ژیروسکوپ نوری می-باشد در شکلهای 3 '2 و 4 بترتیب نشان داده شدهاند.
