Açık-döngü ve kapalı-döngü interferometrik fiber optik jiroskop (İFOJ) prototipinin tasarımı ve optoelektronik karakterizasyonu

Abstract

Optik interferometri esaslı olarak çalışan fiber optik jiroskoplar, yüksek kesinlikli frekans üreteçleri, ivmeölçerler ve yazılım destekleri ile seyrüsefer bilgisinin ihtiyaç duyulduğu her uygulamada toplam yer değiştirmeyi ölçme imkanı sağlayan kritik sensör elemanlarıdır. Günümüzde pek çok silah sistemi, uydu ile gezgin tip füzelerde yön tayini için kullanılan, hiçbir mekanik harekete sahip parçası bulunmadığından üstün sağlamlık özelliğine sahip, yüksek dereceli tekrarlanabilir ve kesinlikli açısal hız ölçüm sonuçları veren sensör sistemleri olarak geniş kullanım alanlarına sahiptir.Bu Doktora Tezi, tasarımını TÜBİTAK UME Optik Laboratuvarı Fiber Optik Metroloji Bölümünde gerçekleştirdiğim ve prototipini oluşturduğum ?Açık-Döngü ve Kapalı Döngü İnterferometrik Fiber Optik Jiroskop (Open-Loop and Closed-Loop IFOG)?'un tasarım detayları ile tasarımda algılama sarımı olarak kullanılan optik fiberin temel optik karakteristiklerinin metrolojik doğruluk ve kesinlikle belirlenmesine dair deneysel detayları kapsar.Temel optik fiber karakteristiklerinin incelenmesinin ardından İFOJ'un matematiksel esasından bahsedilerek kurgulanacak prototipin optik tasarım detayları ortaya koyulmuş ve yine bu matematiksel esaslar ışığında İFOJ'un ürettiği faz bilgisinin nasıl doğrusal voltaj çıktısına dönüştürüleceği esasları irdelenmiştir. Bu irdelemelerin sonucunda oluşturulan ?Dinamik Faz İzleme Devresi? 'nin detayları verilmiş, prototipte kullanılan iki tip optik kaynak için (EDFA ve SLD) yapılan Ölçek Faktörü (Scale Factor) ve Sabit Kayma Kararlılığı (Bias Stability) ölçümleri hakkında bilgi sunularak, deney sonuçları değerlendirilmiştir.Interferometric Fiber Optic Gyroscopes (IFOG), Ring Laser Gyroscopes, based on optical interferometry and MEMS (Microelectromechanical Systems) Gyroscopes, which sense Coriolis Force, are the absolute angular rate sensors. They are critical sensor elements, enabling to measure the total displacement, in all the applications in which the navigation information is required together with accelerometers, frequency generators with high precision and the software supports. Currently, gyroscopes used to determine the position in many types of weapon systems, satellites and cruise type missiles have wide application areas due to the fact that they are robust configuration, caused by their having no moving parts, and give the angular rate measurements highly precisely and repetitively.This Doctorate Thesis covers both the design details of Open-Loop and Closed-Loop IFOG, constructed and prototyped and the experimental details subjected to determining the fundamental optical characteristics of the optical fiber engaged as sensing fiber in the design, whic has metrological accuracy and precision, in Fiber Optic Metrology Division of TUBITAK UME Optics Laboratory.After completion of examining the fundamental optical fiber parameters, the design details of the IFOG Prototype are presented by describing the mathematical basis of the IFOG Prototype to be configured and by using the same mathematical basis, the principles of how the phase shift generated by IFOG Prototype is converted into linear voltage readout are investigated. The information on Scale Factor and Bias Stability (Drift) measurements results of IFOG Prototype for two optical sources, called EDFA and SLD are presented and the experiment results are assessed.