2026-01-09
प्रकाश स्रोत फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप में ऑप्टिकल सिग्नल का प्रारंभिक बिंदु है। इसका मुख्य कार्य स्थिर प्रकाश का उत्पादन करना और इसे प्रणाली में भेजना है। इसका उपयोग अक्सर कम सुसंगत प्रकाश,जैसे SLD या ASE प्रकाश स्रोत.
चित्रा 3.3 धुंध प्रकाश स्रोत
स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश सबसे पहले युग्मक में प्रवेश करता है, जो समान रूप से प्रकाश को दो बीमों में विभाजित करता है और उन्हें बाद के ऑप्टिकल पथों (फाइबर ऑप्टिक्स) में अलग-अलग मार्गदर्शन करता है। युग्मक के माध्यम से,मूल रूप से एकल-पथ प्रकाश को दोनो दिशाओं में फैलाने के लिए आवंटित किया जाता है, जो कि Sagnac प्रभाव के बाद के उपयोग की नींव रखता है।
ऑप्टिकल फाइबर युग्मक एक फाइबर ऑप्टिक घटक है जिसे ऑप्टिकल संकेतों को पुनर्वितरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसमें विभिन्न फाइबर ऑप्टिक उपकरण जैसे ऑप्टिकल स्प्लिटर, ऑप्टिकल कॉम्बाइनर,और ऑप्टिकल युग्मनयह घटक या तो एक ही फाइबर से कई फाइबर तक सिग्नल वितरित कर सकता है या कई फाइबर से सिग्नल को एक ही फाइबर में जोड़ सकता है।
चित्र 3.4 ऑप्टिकल फाइबर युग्मक
एक्स-कपलर एक ही पैकेज में एक स्प्लिटर और एक संयोजक के कार्यों को एकीकृत करता है। यह दो इनपुट फाइबरों से ऑप्टिकल शक्ति को जोड़ता है और वितरित करता है,फिर इसे दो आउटपुट फाइबर को अलग से प्रसारित करता हैजिसे 2×2 युग्मक के नाम से भी जाना जाता है।
चित्र 3.5 एक्स प्रकार का युग्मक (2x2)
वाई-जंक्शन वेवगाइड एक प्रकार का वाई-आकार का युग्मक है जिसमें एक विशिष्ट वाई-संरचना होती है।
स्रोत से प्रकाश वाई तरंग मार्ग पर दुर्घटनाग्रस्त होता है और वाई शाखा तरंग मार्ग द्वारा दो बीमों में विभाजित होता है। ये बीम फाइबर कॉइल में घड़ी के दिशा में और घड़ी के विपरीत दिशा में फैलते हैं,क्रमशःफाइबर कॉइल के भीतर एक पूर्ण चक्र पूरा करने के बाद, बीम को वाई-शाखा तरंग मार्ग द्वारा एक एकल बीम में पुनः संयोजित किया जाता है और अंततः फोटोडेटेक्टर तक पहुंचता है।
प्रकाश को विभाजित करने और संयोजित करने के कार्यों के अलावा, वाई तरंग गाइड ध्रुवीकरण और डिपोलराइजेशन, चरण मॉड्यूलेशन आदि के कार्यों को भी महसूस कर सकता है।
चित्र 3.6 लिथियम बिस्मथ ऑक्साइड (वाई वेवगाइड) का बहुक्रियाशील एकीकृत ऑप्टिकल उपकरण
2×2 युग्मक में प्रवेश करने के बाद, प्रकाश एक वाई-वेवगाइड के माध्यम से ऑप्टिकल फाइबर लूप में यात्रा करता है। यह लूप, एक विस्तारित फाइबर को घुमाकर बनाया गया है, जिससे प्रकाश एक बंद पथ के साथ फैलता है।जब प्रकाश लूप के भीतर एक साथ घड़ी के दिशा में और विपरीत दिशा में फैलता है, फाइबर का घूर्णन दो बीमों के बीच एक मामूली समय अंतर पैदा करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक चरण अंतर होता है।मूल तंत्र बनाता है जिसके द्वारा फाइबर जिरोस्कोप घूर्णन सूचना का पता लगाते हैं.
लघु घूर्णन का पता लगाने के लिए, ऑप्टिकल फाइबरों को सैकड़ों या हजारों मीटर की लंबाई की आवश्यकता होती है।Sagnac प्रभाव से पता चलता है कि संवेदनशीलता सीधे ऑप्टिकल पथ द्वारा संलग्न क्षेत्र के लिए आनुपातिक हैलचीले फाइबर को कई बार घुमाकर, हम उसी प्रभावी क्षेत्र को बनाए रख सकते हैं जबकि इसके भौतिक आयामों को काफी कम कर सकते हैं।
चित्र 3.7 ऑप्टिकल फाइबर रिंग
फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप में, ऑप्टिकल फाइबर आमतौर पर दर्जनों, सैकड़ों, या अधिक मोड़ में घुमाया जाता है।इसका कारण यह है कि सग्नैक प्रभाव द्वारा उत्पन्न चरण अंतर ऑप्टिकल पथ द्वारा घेरित प्रभावी क्षेत्र पर निर्भर करता हैएक ही मोड़ के आकार के बजाय, घुमावदार मोड़ों की संख्या को बढ़ाकर, प्रकाश प्रसार दूरी को सीमित मात्रा के भीतर काफी बढ़ाया जा सकता है,इस प्रकार घूर्णन के कारण होने वाले समय और चरण अंतर को बढ़ाता है.
इस सिद्धांत को इस प्रकार समझा जा सकता हैः फाइबर लूप के माध्यम से प्रकाश जितना अधिक समय तक चलता है, घूर्णन का प्रभाव उतना ही अधिक स्पष्ट हो जाता है।यह बताता है कि उच्च परिशुद्धता वाले फाइबर जायरोस्कोप में आमतौर पर फाइबर लूप लंबे क्यों होते हैं, जबकि कम परिशुद्धता या शैक्षिक उपकरणों में अपेक्षाकृत छोटी फाइबर लंबाई का उपयोग किया जाता है। फाइबर लूप की घुमावदार गुणवत्ता सीधे फाइबर जिरोस्कोप की माप सटीकता को प्रभावित करती है,विशेष उच्च परिशुद्धता घुमावदार उपकरण की आवश्यकताफाइबर जिरोस्कोप न केवल परिष्कृत भौतिक सिद्धांतों पर निर्भर करते हैं बल्कि अत्यधिक कठोर विनिर्माण प्रक्रियाओं की भी आवश्यकता होती है।
चित्रा 3.8 ऑप्टिकल फाइबर लूप सिस्टम
फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप में, फोटो डिटेक्टर ऑप्टिकल सिस्टम के अंत में स्थित है।इसका मुख्य कार्य फाइबर लूप से प्रतिबिंबित प्रकाश संकेतों को प्राप्त करना और उन्हें विद्युत संकेतों में परिवर्तित करना हैफोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित एक उपकरण के रूप में, फोटोडेटेक्टर ऑप्टिकल संकेतों को विद्युत में बदल देता है। मानव आंख की तरह कार्य करता है,यह दृश्य और अदृश्य दोनों कमजोर संकेतों का पता लगाने के लिए सक्षम बनाता है.
ऑप्टिकल हस्तक्षेप तब होता है जब दो प्रकाश किरणें एक प्रणाली के भीतर फिर से घड़ियाँ बजाने की दिशा में और विपरीत दिशा में फैलती हैं।हस्तक्षेप प्रकाश की तीव्रता में उतार-चढ़ाव का कारणफोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर इस घटना का उपयोग बिजली के संकेतों में तीव्रता के मामूली परिवर्तनों को परिवर्तित करने के लिए करते हैं। चूंकि हस्तक्षेप संकेत आम तौर पर बेहद कमजोर होते हैं,इन डिटेक्टरों में उच्च संवेदनशीलता होनी चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बाद के सर्किट घूर्णन से संबंधित जानकारी को सटीक रूप से कैप्चर कर सकें।.
चित्र 3.9 फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर
फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर का विद्युत सिग्नल आउटपुट अत्यंत कमजोर है और इसका प्रत्यक्ष उपयोग नहीं किया जा सकता है।घूर्णन कोणीय वेग के अंतिम माप प्राप्त करने के लिए संकेत प्रसंस्करण चरणों की एक श्रृंखला की आवश्यकता होती हैपूरी प्रक्रिया को निम्न चरणों में विभाजित किया जा सकता हैः
प्री-एम्प्लीफिकेशनः बाद के सर्किट द्वारा स्थिर प्रसंस्करण के लिए अत्यंत कमजोर विद्युत संकेतों को उपयुक्त स्तर तक बढ़ाता है।
सिग्नल रूपांतरण और डिमॉड्यूलेशन: प्रवर्धित विद्युत सिग्नल को कंप्यूटर या डिजिटल सर्किट द्वारा संसाधित सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है।और ऑप्टिकल चरण अंतर से संबंधित जानकारी इससे निकाली जाती है.
नियंत्रण और आउटपुट: नियंत्रक डिमोड्यूलेशन के परिणामों के आधार पर घूर्णन कोणीय वेग के अनुरूप मूल्य की गणना करता है।और आउटपुट इंटरफ़ेस के माध्यम से बाहरी प्रणाली के लिए परिणाम प्रदान करता है.
चित्र 3.10: एफओजी सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट (चित्र में शीर्ष सर्किट बोर्ड)
फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप की विशिष्ट विशेषता घूर्णन को मापने के लिए यांत्रिक संरचनाओं के बजाय प्रकाश का उपयोग करना है, जो उन्हें महत्वपूर्ण प्रदर्शन मीट्रिक में विशिष्ट लाभ प्रदान करता हैः
Ø उच्च परिशुद्धता: प्रणाली ऑप्टिकल सिद्धांतों का उपयोग करके घूर्णन को मापती है, जिससे बढ़ी हुई सटीकता के लिए यांत्रिक कंपन पर निर्भरता समाप्त हो जाती है।
स्थिर प्रदर्शनः उच्च गति वाले यांत्रिक घटकों की अनुपस्थिति लंबे समय तक संचालन के दौरान न्यूनतम बहाव सुनिश्चित करती है।
Ø उत्कृष्ट कंपन और प्रभाव प्रतिरोधः विमान और जहाज जैसे कंपन वातावरण में भी विश्वसनीय माप प्रदर्शन बनाए रखता है।
Ø उच्च विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवनः ऑप्टिकल फाइबर और घटकों में न्यूनतम पहनने का प्रदर्शन होता है, जो उन्हें निरंतर दीर्घकालिक संचालन के लिए आदर्श बनाता है।
अपने श्रेष्ठ प्रदर्शन के बावजूद, फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप सार्वभौमिक रूप से लागू नहीं हैं।
भारी आकार और वजनः लंबे ऑप्टिकल फाइबरों को लपेटने की आवश्यकता से लघुकरण चुनौतीपूर्ण हो जाता है।
Ø उच्च लागत: फाइबर सामग्री, ऑप्टिकल घटक और सटीक विनिर्माण प्रक्रियाओं के कारण खर्च बढ़ता है।
Ø उच्च बिजली की खपतः बैटरी संचालित सूक्ष्म उपकरणों के लिए आदर्श नहीं।
फाइबर ऑप्टिक जिरोस्कोप सभी जिरोस्कोपों को प्रतिस्थापित करने के लिए नहीं हैं, बल्कि उच्च परिशुद्धता, विश्वसनीयता और पर्यावरण अनुकूलन क्षमता की आवश्यकता वाले क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए हैं।पारंपरिक एमईएमएस (माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम) जियोस्कोप के विपरीत, वे एक "पेशेवर लंबी दूरी के धावक" की तरह काम करते हैं ️अत्यधिक लघुकरण और लागत प्रभावीता पर स्थिरता और सटीकता को प्राथमिकता देते हुए, अंतरिक्ष में चुपचाप अभिविन्यास बनाए रखते हैं,गहरे समुद्र और उच्च अंत उपकरणों के अनुप्रयोग।
अगली बार जब आप किसी विमान में सवार हों या गहरे समुद्र के किसी अंतरिक्ष यान की कल्पना करें जो स्वायत्त रूप से नेविगेट कर रहा हो, याद रखें कि प्रकाश की किरण एक नाजुक फाइबर ऑप्टिक लूप के माध्यम से दौड़ रही हो सकती है,हमारे मार्ग को निर्देशित करने के लिए इसके सूक्ष्म समय अंतर का उपयोग करना.
अपनी पूछताछ सीधे हमें भेजें
