Optik Fiber nterferometrik Sensörlerin Analizi
advertisement
Optik Fiber İnterferometrik Sensörlerin Analizi N. Özlem Ünverdi 1 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik - Elektronik Fakültesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü 34349, Beşiktaş, İstanbul 2 1 Öznur Türkmen 2 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü 06531, Balgat, Ankara e-posta: unverdi@yildiz.edu.tr 2 e-posta: oturkmen@metu.edu.tr Anahtar Kelimeler: Optik haberleşme, Mach-Zehnder interferometrik sensörü, Elastisite Teorisi Optik haberleşmede algılama tekniğinin temel elemanı olan optik fiber sensörler, fiziksel bir parametreyi elektriksel işarete dönüştürerek fizik, kimya ve biyomedikal konularında uygulama alanı bulurlar. Faz değişimine bağlı olarak algılama yapan optik fiber interferometrik sensörler, basınç ve sıcaklık değişimine duyarlı elemanlardır. Optik fiber boyunca hareket eden ışığın fazı, diğer propagasyon parametrelerine göre dışarıdan gelen etkilere karşı daha duyarlıdır. Bu nedenle, optik fiber interferometrik sensörler, diğer optik fiber sensörlerden daha iyi performans gösteren duyarlı elemanlardır ve Sagnac, MachZehnder, Michelson ve Fabry-Perot gibi çeşitleri vardır. İnşaat mühendisliği disiplinindeki yapılarda uzunluk değişimi ölçümü, su altı sistemlerindeki hidrofonlarda ses ölçümü ve aerodinamik araştırmalarında basınç ölçümü gibi alanlarda interferometrelerden yararlanılır. Bu çalışmada, Mach-Zehnder interferometrik sensörünün çalışma mekanizması, Elastisite Teorisi ışığında incelenmiş, elektromagnetik özellikleri değerlendirilmiş ve interferometrenin basınç ve sıcaklık ölçümündeki performansı analiz edilmiştir. İnterferometre tasarımında, duyarlılığı artırmak için, parametrelerin, yüksek faz değişim miktarı elde edecek şekilde seçilmeleri gerektiği belirlenmiş ve optimum durum için, dalgaboyu, fiberin çapı, çekmedeki elastisite modülü (Young modülü) ve birim şekil değiştirme-optik katsayılarının olabildiğince küçük seçilmesi, normalize frekansın ise büyük seçilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Analizde, faz farkının, dalgaboyuna göre değişiminin, artan çekmedeki elastisite modülü (Young modülü) değerlerine göre arttığı, çekirdek bölgesinin kırılma indisi ve çapına göre değişimlerinin ise, artan Poisson oranı değerlerine göre arttığı görülmüştür. Referanslar [1] Sadiku M. N. O., Optical and Wireless Communications, CRC Press, New York, 2002. [2] Türkmen Ö., Optik Dalga Kılavuzlarının Propagasyon Özelliklerinin İncelenmesi ve Optik Kuplör ile Optik Sensör Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2005. [3] Yu F., Yin S., Fiber Optic Sensors, Marcel Dekker, New York, 2002. [4] Udd E., Fiber Optic Smart Structures, Wiley Interscience, New York, 1995. [5] Krohn D. A., Fiber Optic Sensors Fundamentals and Applications, Instrument Society of America, USA, 1992. [6] Udd E., Fiber Optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists, Wiley Interscience, New York, 1991. [7] Lopez-Higuera J. M., Handbook of Optical Fiber Sensing Technology, John Wiley & Sons, England, 2002. [8] Senior J. M., Optical Fiber Communications, Second Edition, Prentice - Hall, Cambridge, 1992. [9] Goodier E.N., Timoshenko S., Elastisite Teorisi (Çev., Kayan İ. ve Şuhubi E.), Arı Kitabevi, İstanbul, 1969. [10] Hocker G. B., “Fiber Optic Sensing of Pressure and Temperature”, Applied Optics, vol. 18, no.9, 1979, p. 1445-1448.
