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कल्पना कीजिए कि आप अपनी आँखें बंद करके घूर्णन कुर्सी पर बैठे हैं, आप कैसे जानते हैं कि आप कितनी तेजी से घूम रहे हैं? पारंपरिक जियोस्कोप घूर्णन का पता लगाने के लिए एक उच्च गति घूर्णन रोटर पर निर्भर करते हैं,लेकिन आधुनिक तकनीक एक अधिक चतुर समाधान प्रदान करता हैयह फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप (एफओजी) है, जो एक अत्याधुनिक उपकरण है जो बिना किसी चलती भागों के सटीक सटीकता के साथ घूर्णन का पता लगाता है।

1फाइबर ऑप्टिक जायरोस्कोप क्या है?

फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप एक जड़ता सेंसर है जो घूर्णी संदर्भ फ्रेम में प्रकाश प्रसार विशेषताओं के परिवर्तन का उपयोग करके कोणीय वेग को मापता है।एमईएमएस gyroscopes या यांत्रिक gyroscopes के विपरीत, इसमें कोई घूर्णन द्रव्यमान ब्लॉक या यांत्रिक संरचनाएं नहीं होती हैं। इसके मुख्य घटकों में एक बहु-वांड फाइबर ऑप्टिक लूप, प्रकाश स्रोत और फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर शामिल हैं।

चित्र 1.1 विभिन्न आकारों में एकल-अक्ष वाले एफओजी (स्रोतः GUIDENAV)

फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप में असाधारण रूप से व्यापक माप सीमा है, जो अत्यंत धीमी घूर्णन (जैसे 0.01°/h ≈ 3×10−6°/s,या पृथ्वी के घूर्णन कोणीय वेग का 1%) और हेलीकॉप्टर के प्रोपेलर की तरह उच्च गति के स्पिन (ईएक "स्मार्ट रीनियर" की तरह, वे माइक्रोन स्तर के अंतरों को पहचानते हुए किलोमीटर लंबे पुलों को तेजी से माप सकते हैं, गतिशील सीमा और सटीकता के बीच एक उत्कृष्ट संतुलन प्राप्त कर सकते हैं।

चित्र 1.2 एक अक्षीय, दो अक्षीय और तीन अक्षीय धुआं (स्रोतः KVH)

अधिक उल्लेखनीय बात यह है कि यह प्रकाश की गति से काम करता है, जो "शून्य विलंबता के साथ तत्काल सक्रियण" को सक्षम करता है। पारंपरिक यांत्रिक gyroscopes के विपरीत जो रोटर की स्थिर स्थिति तक पहुंचने के लिए इंतजार करना चाहिए,यह "शून्य प्रारंभ" लाभ उच्च तकनीक क्षेत्रों में क्रांतिकारी है जो तत्काल प्रतिक्रिया की आवश्यकता है.

चित्र 1.3 छोटे पैमाने पर कम परिशुद्धता वाले एफओजी (स्रोत: NEDAERO और KVH)

चित्र 1.4 एकल-अक्ष और तीन-अक्ष एफओजी की तुलना

तालिका 1.1 एकल अक्ष और तीन अक्ष फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप चयन की तुलना

फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप (एफओजी) के कई फायदे हैं, जैसे कि कोई यांत्रिक चलती भाग नहीं, उच्च विश्वसनीयता, तत्काल स्टार्ट-अप, उच्च परिशुद्धता और आसान एकीकरण। इसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस में उपयोग किया जाता है,नौवहन, पानी के नीचे नेविगेशन और उच्च अंत जड़ता माप प्रणाली।

चित्र 1.5 एफओजी के विशिष्ट अनुप्रयोग (स्रोत: एफओजी फोटोनिक्स)

II. मूल सिद्धांत ∙ सग्नैक प्रभाव

फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप का मूल एक सरल विचार प्रयोग है:

एक गोल ट्रैक की कल्पना कीजिए जहां दो धावक एक ही बिंदु से एक साथ शुरू करते हैं, एक घड़ी की दिशा में और दूसरा घड़ी के विपरीत दिशा में चलता है। यदि ट्रैक खुद घूमता है,घुमाव की दिशा में "मुख करके" दौड़ने वाला सबसे पहले लक्ष्य रेखा पर पहुंच जाएगा, जबकि विपरीत दिशा में दौड़ने वाला दिशा का "पीछा" करके थोड़ी देर बाद पहुंचेगा। हालांकि दोनों एक ही दूरी तय करते हैं, लेकिन उनके आगमन के समय में थोड़ा अंतर होता है।

चित्र 2.1 विपरीत दिशाओं में चलने वाले दो धावक एक दूसरे से ट्रैक के घूर्णन के दौरान एक बदलते बिंदु पर मिलते हैं

सग्नाक प्रभाव में, रिंग ऑप्टिकल पथ में प्रकाश का प्रसार इस प्रक्रिया के समान है।यद्यपि दो प्रकाश किरणें एक ही ज्यामितीय पथ का अनुसरण करती हैं, उनके डिटेक्टर पर पहुंचने में समय का अंतर प्रसार के दौरान प्रणाली के घूर्णन के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप चरण अंतर होता है।

चित्र 2.2 सग्नक प्रभाव

ऑप्टिकल फाइबर जिरोस्कोप में, प्रकाश दो समान गति के एथलीटों की तरह व्यवहार करता है, फाइबर उनके रेस ट्रैक के रूप में कार्य करता है।ऑप्टिकल क्षेत्र में इस घटना का सार और भी अधिक उल्लेखनीय है यह शास्त्रीय भौतिकी में देखे गए सरल सुपरपोजिशन से परे हैसापेक्षता सिद्धांत के अनुसार, प्रकाश की गति स्थिर रहती है। जो वास्तव में बदलता है वह 'प्रभावी पथ' है जो प्रकाश को घूर्णन सर्किट के भीतर पार करना चाहिए।

स्रोत से निकलने वाली निम्न-समन्वय प्रकाश को दो किरणों में विभाजित किया जाता है और एक ही घुमावदार फाइबर में इंजेक्ट किया जाता है, जिसमें एक किरण घड़ी की दिशा में और दूसरी विपरीत दिशा में यात्रा करती है।जब उपकरण स्थिर हो, दोनों किरणें हस्तक्षेप के बिना एक साथ लौटती हैं। हालांकि, जब उपकरण घूमता है, तो घड़ी की दिशा में यात्रा करने वाली किरण अपने अंत बिंदु को लगातार 'उड़ती' मिलती है और एक अतिरिक्त दूरी तय करनी होती है,जबकि घड़ी के विपरीत दिशा में बीम का अंत बिंदु 'उसके सामने' आ रहा है।

चित्रा 2.3 ऑप्टिकल पथ में प्रवेश करने वाली और बाहर निकलने वाली रोशनी

यह चरण अंतर बहुत छोटा होता है, जिसे पिकोसेकंड (एक सेकंड के ट्रिलियनवां भाग) में मापा जाता है, फिर भी इसे परिष्कृत ऑप्टिकल प्रणालियों द्वारा कैप्चर किया जा सकता है और इसे घूर्णन संकेतों में परिवर्तित किया जा सकता है।प्रयोगों से पता चलता है कि इस चरण अंतर की परिमाण प्रणाली के घूर्णन कोण वेग के प्रत्यक्ष आनुपातिक है, जो हस्तक्षेप संकेत में चरण परिवर्तन का पता लगाकर कोण वेग का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। यह घटना, जिसे सग्नक प्रभाव के रूप में जाना जाता है,फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप में कोणीय वेग माप के लिए भौतिक आधार बनाता है.

III. संरचना

फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप घूर्णन के कोणीय वेग को मापने के लिए सग्नैक प्रभाव पर आधारित है, लेकिन केवल भौतिक सिद्धांत ही पर्याप्त नहीं है, बल्कि विशिष्ट उपकरणों के एक सेट की भी आवश्यकता होती है,एक पठनीय माप परिणाम में इस छोटे ऑप्टिकल प्रभाव को परिवर्तित करने के लिए.

कुल मिलाकर, फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप एक एकल उपकरण नहीं है, बल्कि प्रकाश स्रोत, युग्मक, फाइबर लूप, डिटेक्टर और सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट सहित कई घटकों का संयोजन है।ये तत्व मिलकर काम करते हैं ताकि फाइबर के भीतर प्रकाश का प्रसार और हस्तक्षेप हो सके, अंततः घूर्णन से संबंधित एक विद्युत संकेत उत्पन्न करता है।

चित्र 3.1 सामान्य ओपन-लूप एफओजी कार्यप्रवाह

चित्र 3.2 सामान्य बंद-लूप एफओजी कार्यप्रवाह

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