옵티컬센서

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옵티컬센서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

센서에 대해서
목차 없음....

본문내용

length가 변화함.)
-. magnetic sensor (Faraday effect나 magnetostrictive material을 이용)
-. electric current sensor
-. rotation sensor (Sagnac effect를 이용)
-. electric field or voltage sensor (piezoelectric material에 fiber를 감아서)
-. displacement sensor (microbending을 이용)
-. displacement sensor (using the evanescent coupling between the cleaved ends of the two fibers)
-. a sensing the gradient of the external stimulus by using parallel fibers with fixed spacing
21.4 Sources of physical change to the transmission properties of sensing elements incorporated in hybrid fiber sensors
structure
┌ sensing elements --> changing the transmission or reflection properties
└ fiber --> providing access to sensor element
disadvantage : it cannot obtain high sensitivity by coiling the fiber
advantage : freedom of form, access to highly sensitive material
21.5 Optical gyroscopes
1) the Sagnac Effect
Sagnac effect ;
동일한 초기 위상을 가진 두 빛이 회전하는(관성기준계의 입장에서) 간섭계 내를 서로 반대방향으로 진행할 때 간섭계를 투과한 빛은 다른 위상을 가지는 현상
--> 관성기준계의 입장 : 두 빛은 다른 경로를 진행하였음.
회전기준계의 입장 : 두 빛은 같은 경로를 진행했지만 Doppler effect로 인해 두 빛은 다른 진동수를 가지게 됨.
반경 R인 circular path에 대해 Sagnac effect를 정량적으로 취급
빛이 circular loop내를 시계 방향과 반시계 방향으로 한바퀴를 도는데 소요되는 시간
tau_c``
,
tau_cc``
(
tau ~≒~ tau_c ~≒~ tau_cc``
)
이 시간동안 Sagnac interferometer는 회전하므로 시계 방향과 반시계 방향으로 진행하는 두 빛의 경로차 Δl 은
Delta l ~=~ 2 `Omega ` tau `R``
그러므로 두 빛의 도달 시간 차이와 위상차는 각각
tau_c ``-`` tau_cc ~=~ {Delta l} over c ~=~ {4 `pi `R^2 `Omega} over c^2
Delta phi &=~ omega `(` tau_c ``-`` tau_cc `) ~=~ {8 `pi^2 `R^2 `Omega} over {c `lambda_nu } #&=~ {8 `pi ` A} over {c `lambda_nu} `Omega``
(A : the loop area)
==> 이 결과는 loop의 모양에 관계없이 항상 적용된다 !!!
* 같은 결과를 Doppler effect로부터 (회전 기준계의 관점에서)
Doppler effect로 인해 반대 방향으로 진행하는 두파의 주파수는
omega ``±`` delta `omega``
로 변화됨
delta omega ~=~ {Omega `R `omega} over c
주파수 변화에 의한 위상차는
Delta phi ~=~ 2 `tau ` delta `omega`` ~=~ {8 `pi `A} over {c `lambda_nu} Omega``
* Coiling the fiber
N번 감긴 fiber로 Sagnac interferometer(or fiber gyroscope)를 구성할 경우, loop area가 N배 증가하게 되므로 동일한 조건에서 N배 증폭된 위상변화를 얻게 된다. 즉, sensitivity를 증대시킬 수 있다.
Delta phi ~=~ N {8 `pi `A} over {c `lambda_nu} Omega ~=~ {4 `pi `L `R} over {c `lambda_nu} Omega``
, ( L : fiber 길이 )
2) Non-fiber optical gyroscope --> ring laser gyroscope
- Ring laser gyroscpoe -
Sagnac interferometer나 fiber gyroscope와 달리 외부 광원 대신에 loop 내에 레이저 공진기를 구성한 경우.
* 참고 *
feedback에 의해 레이저 공진기 내에서는 standing wave pattern이 형성되며 이때 node 간격은 λ/2가 된다. --> 공진 조건 중에서 종모드에 관한 내용임
(Ω로 자전하는)지구에 관해 정지된 ring laser gyroscope
i) 지구상에서 ring laser gyroscope를 관찰한다면, standing wave pattern은 stationary
ii) 그러나, 지구에 대해 ΩR의 속력으로 회전하는 ring laser gyroscope에서 관찰한다면, standing wave pattern은 회전함.
==> ring laser gyroscope를 구성하는 한 거울에 부착된 검출기를 통해 레이저의 출력을 검출한다면, node는 검출기를 주파수 f 로 지나게 된다.
f ~=~ {2 `R} over lambda_nu Omega``
즉, 검출기에 의해 검출된 신호는 f의 주파수로 변화하게 된다.
3) The biasing and sensitivity of the ring laser gyroscope
4) The multi-oscillator ring laser gyroscope -- skipped
5) Fiber gyroscope
6) The phase-conjugate fiber gyroscope -- skipped

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