광섬유 자이로의 개발
저자
박위상 (포항공대 전기전자공학과)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
1990
작성언어
Korean
KDC
500.000
자료형태
학술저널
수록면
99-106(8쪽)
제공처
소장기관
자이로스코프는 움직이는 물체의 회전 각속도를 측정하는 계측기로서 물체에 방향표준을 제공하여 관성항행, 유도, 추적 등에 쓰일 수 있고, 유전탐사시 시추공의 방향을 결정해 주는 역할을 한다. 광섬유는 많은 정보 전송능력, 외부 전자기장으로부터의 면역성, 작은 부피와 경량, 적은 감쇠, 높은 감지력, 그리고 다양한 물리량을 감지할 수 있는 장점이 있다. 이 장점들을 살려 광섬유로 자이로스코프를 만드는 것이 광섬유 자이로스코프이다.
빛을 사용하여 회전속도를 측정하는 방법은 1913년 Sagnac에 의해 처음 시도되었다. Sagnac은 간섭계에 서로 반대 방향으로 진행하도록 두 빛을 투사하면, 회전속도에 비례하는 위상차를 얻을 수 있음을 보였다. 그러나 회전에 의해서 얻어지는 위상차가 너무 작아서,측정할 수 있을 만큼의 위상차를 얻으려면 커다란 크기의 간설계를 사용해야만 했다. 작은 크기의 간섭계로써 감지도를 향상시키는 방법이 1963년 Davis가 시도한 링 레이저(ring laser) 자이로스코프이다. 링 레이저 자이로스코프는 작은 크기의 위상차를 비교적 측정이용이한 주파수차로 변환하는 방법을 사용하고 있다. 이 자이로스코프는 현재 보잉 757. 767등의 관성항행에 실제로 쓰이고 있다. 감쇠가 적은 광섬유가 개발되면서부터 광섬유를 사용하여 자이로스코프를 만들려는 노력이 1976년 Vali와 Shorthill에 의해 시도되었다. 광섬유 자이로스코프는 감쇠가 적은 광섬유를 사용함으로써 길이가 긴 간섭계로 만들어진다. Vali와 Shorthill 이후 많은 연구소들의 노력으로 처음에는 지구의 자전 속도도 측정할 수 없었으나, 지금은 지구 자전의 천분의 일의 각속도까지 측정이 가능한 광섬유 자이로스코프를 만들 수 있게 되었다.
현재의 관성항행에 널리 쓰이고 있는 기계적 자이로스코프는 1910년부터 사용되기 시작하였다. 80 여년의 역사가 말해주듯 기계적 자이로스코프는 제작기술에 있어서의 많은 발전으로 현재의 다른 자이로스코프 보다 우수한 성능을 보이고 있다. 그러나 기계적 자이로스코프는 움직이는 부분의 마모로 인해서 수명이 짧고 가격이 매우 비쌀 뿐만 아니라, 충격이나 진동에 약한 문제점을 안고 있으며 또 긴 시동시간을 필요로 한다. 또한 기계적 자이로스코프는 측정할 수 있는 최고 회전 각속도에 한계가 있다. 1963년부터 재발에 들어간 링 레이저자이로스코프는 진공 공동(vacuum cavity)을 사용해야 하므로 진공 기술을 필요로 하고, 작은 회전속도에는 출력이 발생하지 않는 lock in 현상이 일어난다. 따라서 정상동작을 하기 위해서 링 레이저 자이로스코프는 항상 적당한 속도로 떨어주어야만 하는 단점이 있다. 광성유 자체의 장점에 바탕을 두고 제작되는 광섬유 자이로스코프는 구조가 간단하여 제작이 간편하고, 값이 싸며, 움직이는 부분이 없어 수명이 반영구적이다.
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