​

কল্পনা করুন, আপনার চোখ বন্ধ করে একটি ঘূর্ণায়মান চেয়ারে বসে আছেন—আপনি কীভাবে বুঝবেন যে আপনি কত দ্রুত ঘুরছেন? ঐতিহ্যবাহী জাইরোস্কোপগুলি ঘূর্ণন সনাক্ত করতে একটি উচ্চ-গতির ঘূর্ণায়মান 'রোটরের' উপর নির্ভর করে, তবে আধুনিক প্রযুক্তি আরও একটি উদ্ভাবনী সমাধান সরবরাহ করে: আলোককে অপটিক্যাল ফাইবারের স্তরগুলির মধ্য দিয়ে যেতে দেওয়া। এটি হল ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ (FOG), একটি অত্যাধুনিক ডিভাইস যা কোনো চলমান অংশ ছাড়াই নির্ভুলতার সাথে ঘূর্ণন অনুভব করে।

১. ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ কী?

ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ হল একটি জড়তা সেন্সর যা একটি ঘূর্ণায়মান রেফারেন্স ফ্রেমে আলোর বিস্তারের বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে কৌণিক বেগ পরিমাপ করে। MEMS জাইরোস্কোপ বা যান্ত্রিক জাইরোস্কোপের মতো নয়, এতে কোনো ঘূর্ণায়মান ভর ব্লক বা যান্ত্রিক কাঠামো নেই। এর মূল উপাদানগুলির মধ্যে রয়েছে একটি বহু-আবদ্ধ ফাইবার অপটিক লুপ, আলো উৎস এবং ফটোইলেকট্রিক ডিটেক্টর।

চিত্র ১.১ বিভিন্ন আকারের একক-অক্ষ FOG (সূত্র: GUIDENAV)

ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপগুলি ব্যতিক্রমীভাবে বিস্তৃত পরিমাপের পরিসরের অধিকারী, যা অত্যন্ত ধীর ঘূর্ণন (যেমন ০.০১°/ঘণ্টা ≈ ৩×১০⁻⁶°/সেকেন্ড, বা পৃথিবীর ঘূর্ণন গতির ১%) এবং হেলিকপ্টার প্রপেলারগুলির মতো উচ্চ-গতির স্পিন (যেমন, ৬০০°/সেকেন্ড) উভয়ই সনাক্ত করতে সক্ষম। একটি "স্মার্ট রুলারের" মতো, তারা দ্রুত কিলোমিটার-দীর্ঘ সেতুগুলি পরিমাপ করতে পারে এবং মাইক্রন-স্তরের পার্থক্যগুলি উপলব্ধি করতে পারে, যা গতিশীল পরিসীমা এবং নির্ভুলতার মধ্যে একটি অসামান্য ভারসাম্য অর্জন করে।

চিত্র ১.২ একক-অক্ষীয়, দ্বি-অক্ষীয় এবং ত্রি-অক্ষীয় FOG (সূত্র: KVH)

আরও উল্লেখযোগ্যভাবে, এটি আলোর গতিতে কাজ করে, যা "শূন্য ল্যাটেন্সি সহ তাৎক্ষণিক সক্রিয়করণ" সক্ষম করে। ঐতিহ্যবাহী যান্ত্রিক জাইরোস্কোপগুলির মতো নয় যেগুলি রোটরকে স্থিতিশীল অবস্থায় পৌঁছানোর জন্য অপেক্ষা করতে হয়, এই "শূন্য-শুরু" সুবিধাটি তাৎক্ষণিক প্রতিক্রিয়ার প্রয়োজনীয় উচ্চ-প্রযুক্তি ক্ষেত্রগুলিতে বিপ্লবী।

চিত্র ১.৩ ছোট আকারের নিম্ন-নির্ভুলতা FOG (সূত্র: NEDAERO এবং KVH)

চিত্র ১.৪ একক-অক্ষ এবং তিন-অক্ষ FOG-এর তুলনা

সারণী ১.১ একক-অক্ষ এবং তিন-অক্ষ ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ নির্বাচনের তুলনা

ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ (FOG)-এর অনেক সুবিধা রয়েছে, যেমন কোনো যান্ত্রিক চলমান অংশ নেই, উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা, তাৎক্ষণিক স্টার্ট-আপ, উচ্চ নির্ভুলতা এবং সহজ ইন্টিগ্রেশন। এটি মহাকাশ, জাহাজ নেভিগেশন, জলের নিচের নেভিগেশন এবং উচ্চ-শ্রেণীর জড়তা পরিমাপ সিস্টেমে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

চিত্র ১.৫ FOG-এর সাধারণ অ্যাপ্লিকেশন (সূত্র: FOG Photonics)

২. মূল নীতি – সাগনাক প্রভাব

ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপের মূল বিষয় হল একটি সাধারণ চিন্তাভাবনার পরীক্ষা:

একটি বৃত্তাকার ট্র্যাক কল্পনা করুন যেখানে দুজন দৌড়বিদ একই বিন্দু থেকে এক সাথে দৌড় শুরু করে—একজন ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং অন্যজন ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে দৌড়ায়। যদি ট্র্যাকটি নিজেই ঘোরে, তবে ঘড়ির কাঁটার দিকের দৌড়বিদ ঘূর্ণনের দিক "সম্মুখীন" হয়ে প্রথমে ফিনিশিং লাইনে পৌঁছাবে, যেখানে ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকের দৌড়বিদ দিকটি "অনুসরণ" করে সামান্য পরে আসবে। যদিও উভয়ই একই দূরত্ব অতিক্রম করে, তাদের আগমনের সময় সামান্য ভিন্ন হয়।

চিত্র ২.১ দুটি দৌড়বিদ বিপরীত দিকে চলে যাওয়ার সময় ট্র্যাক ঘোরার সাথে সাথে একটি পরিবর্তনশীল বিন্দুতে মিলিত হয়

সাগনাক প্রভাবের ক্ষেত্রে, রিং অপটিক্যাল পথে আলোর বিস্তার এই প্রক্রিয়ার সাথে সম্পূর্ণ সাদৃশ্যপূর্ণ। যদিও ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে যাওয়া আলোর দুটি রশ্মি একই জ্যামিতিক পথ অনুসরণ করে, তাদের ডিটেক্টরে পৌঁছানোর সময়ের পার্থক্য বিস্তারের সময় সিস্টেমের ঘূর্ণনের কারণে হয়, যার ফলে একটি দশান্তর ঘটে।

চিত্র ২.২ সাগনাক প্রভাব

একটি অপটিক্যাল ফাইবার জাইরোস্কোপে, আলো দুটি ক্রীড়াবিদের মতো আচরণ করে যাদের গতি তুলনামূলক, ফাইবার তাদের রেস ট্র্যাক হিসেবে কাজ করে। অপটিক্যাল জগতে এই ঘটনার সারমর্ম আরও উল্লেখযোগ্য—এটি ক্লাসিক্যাল পদার্থবিজ্ঞানে পর্যবেক্ষিত সাধারণ সুপারপজিশনকে ছাড়িয়ে যায়। আপেক্ষিকতা অনুসারে, আলোর গতি ধ্রুবক থাকে। যা সত্যিই পরিবর্তিত হয় তা হল ঘূর্ণায়মান সার্কিটের মধ্যে আলো যে 'কার্যকর পথ' অতিক্রম করতে হবে।

উৎস থেকে আসা কম-সংগতিপূর্ণ আলো দুটি রশ্মিতে বিভক্ত হয় এবং একই কুণ্ডলীযুক্ত ফাইবার-এ প্রবেশ করানো হয়, যার একটি রশ্মি ঘড়ির কাঁটার দিকে এবং অন্যটি ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে ভ্রমণ করে। যখন ডিভাইসটি স্থির থাকে, তখন উভয় রশ্মি কোনো হস্তক্ষেপ ছাড়াই এক সাথে ফিরে আসে। যাইহোক, যখন ডিভাইসটি ঘোরে, তখন ঘড়ির কাঁটার দিকে ভ্রমণকারী রশ্মি তার শেষ বিন্দুটি ক্রমাগত 'পালিয়ে' যেতে দেখে এবং অতিরিক্ত দূরত্ব অতিক্রম করতে হয়, যেখানে ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকের রশ্মির শেষ বিন্দুটি এটির দিকে 'এগিয়ে আসে'।

চিত্র ২.৩ অপটিক্যাল পথে আলো প্রবেশ ও বাহির হওয়া

এই দশান্তর অত্যন্ত ছোট, পিকোসেকেন্ডে (এক সেকেন্ডের ট্রিলিয়ন ভাগের এক ভাগ) পরিমাপ করা হয়, তবুও এটি অত্যাধুনিক অপটিক্যাল সিস্টেম দ্বারা ধরা যেতে পারে এবং ঘূর্ণন সংকেতে রূপান্তরিত হতে পারে। পরীক্ষাগুলি প্রমাণ করে যে এই দশান্তরের পরিমাণ সিস্টেমের ঘূর্ণন কৌণিক বেগের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক, যা হস্তক্ষেপ সংকেতের দশান্তর পরিবর্তন সনাক্ত করে কৌণিক বেগ অনুমান করার অনুমতি দেয়। এই ঘটনা, যা সাগনাক প্রভাব নামে পরিচিত, ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপে কৌণিক বেগ পরিমাপের ভিত্তি তৈরি করে।

৩. গঠন

ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ সাগনাক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে ঘূর্ণনের কৌণিক বেগ পরিমাপ করে, তবে শুধুমাত্র ভৌত নীতিই যথেষ্ট নয়, তবে এই ছোট অপটিক্যাল প্রভাবকে পাঠযোগ্য পরিমাপের ফলাফলে রূপান্তর করার জন্য কিছু নির্দিষ্ট ডিভাইসেরও প্রয়োজন।

সব মিলিয়ে, ফাইবার অপটিক জাইরোস্কোপ কোনো একক ডিভাইস নয়, বরং একটি আলো উৎস, কাপলার, ফাইবার লুপ, ডিটেক্টর এবং সংকেত প্রক্রিয়াকরণ সার্কিট সহ একাধিক উপাদানের সংমিশ্রণ। এই উপাদানগুলি ফাইবারের মধ্যে আলো বিস্তার এবং হস্তক্ষেপ সক্ষম করতে একসাথে কাজ করে, যা শেষ পর্যন্ত ঘূর্ণনের সাথে সম্পর্কিত একটি বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করে।

চিত্র ৩.১ সাধারণ ওপেন-লুপ FOG কর্মপ্রবাহ

চিত্র ৩.২ সাধারণ ক্লোজড-লুপ FOG কর্মপ্রবাহ

​