CC BY
36
Mr Milovan Unković,
dipl. in'.
Tehnicki opitni centar KoV, Poligon Lustica—Radovici, Tivat
FIBER-OPTIČKI ŽIROKOMPAS
UDC: 629.1.054 : [621.39 : 535.37]
Rezime:
U radu je opisan princip rada, konstrukcija i karakteristike brodskog 'irokompasa. Prikazane su principijelne razlike u radu klasicnog i fiber-optickog zirokompasa. Razmotre-ne su i karakteristike fiber-optickog zirokompasa u skladu sa standardom ISO 8728 i izvrše-no je poređenje sa karakteristikama klasicnih zirokompasa.
Kljucne reci: Hrokompas, fiber-opticki Hrokompas, Sanjakov efekat, karakteristike zirokompasa.
FIBER-OPTIC GYROCOMPASS
Summary:
This work describes the operation principle, construction and characteristics of a ship fiber-optic gyrocompass. Main differences in the operation of the gyrocompass and a classical one are considered as well as the fiber-optic gyrocompass characteristics, given according to ISO 8728 standard and compared to the characteristics of their classical counterparts.
Key words: gyrocompass, fiber-optic gyrocompass, Sagnac effect, gyrocompass characteristics.
Uvod
Fiber-opticki 'irokompasi su elek-tronski 'irokompasi bez rotirajućih me-hanickih komponenata. Osnovni princip rada ovih kompasa zasniva se na nepro-mjenljivosti brzine svjetlosti i Sanjako-vom efektu. Fiber-opticki kalem koristi se kao vrlo osjetljivi senzor koji mjeri br-zinu okretanja Zemlje. Za određivanje pravca sjevera koriste se tri fiber-opticka kalema ('iroskopa) i dva elektronska senzora nivoa. Signali sa 'iroskopa u kombinaciji sa signalima senzora nivoa, uz koristenje slo'nih Kalmanovih filtera, određuju smjer rotacije Zemlje. Iz ovog podatka nalazi se geografski sjever, a odatle se racuna kurs broda, uglovi ljulja-
nja i posrtanja, kao i brzine okretanja oko sve tri ose. Fiber-opticki 'irokompas se, takođe, koristi kao senzor za stabilizaciju ne samo trgovackih brodova već i hidro-glisera i katamarana. Vrlo visoka dina-micka tacnost i odsustvo greske brzine bitno poboljsavaju sigurnost plovidbe svih brodova, posebno pri velikim brzi-nama na visokim geografskim sirinama u toku manevara.
Sve ovo daje mogućnost da se fiber--opticki 'irokompas prvenstveno mo'e koristiti kod ratnih brodova za potrebe navigacije i stabilizacije. Nije naodmet napomenuti da je firma C.PLATH, kao prvi proizvođac fiber-optickih 'irokom-pasa, 1997. godine dobila godisnju na-gradu za inovaciju u pomorstvu.
508
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2004.
Princip rada - Sanjakov efekat
Dok je princip rada mehanickog ži-rokompasa baziran na momentu inercije brzog rotiraju}eg diska, fber-opticki ži-rokompas koristi Sanjakov (Sagnac) efekat [1], otkriven 1913. godine. On se mo-že objasniti na sljede}i nacin: u kružni put svjetlosti poluprecnika r svjetlosni talas ulazi u tacki P (slika 1). Ovdje se svjetlosni talas dijeli u dva talasa koji se kre}u u suprotnim smjerovima kroz pr-sten: jedan u smjeru kazaljke na satu (clockwise - cw), a drugi suprotno (counterclockwise - ccw). Kako se smatra da je put svjetlosti idealan, on je prema tome isti za oba svjetlosna talasa koji se kre}u u razlicitim smjerovima kroz pr-sten. U skladu s tim, oba talasa svjetlosti }e se istovremeno vratiti u pocetnu tacku P. U ovoj tacki }e se talasi spojiti i napu-stiti prsten. Vrijeme prolaska svakog od talasa kroz prsten može se mjeriti vrlo osjetljivim detektorom.
Sto se dogada kada put svjetlosti (odnosno prsten) rotira dok se svjetlosni talas kre}e kroz prsten? Pretpostavimo da put svjetlosti rotira u smjeru kazaljke na satu. Tacka ulaza i izlaza P }e se kretati u
Sl. 1 — Put svjetlosti kroz nepokretni prsten
Sl. 2 — Put svjetlosti kroz krug koji rotira ugaonom brzinom Q
smjeru svjetlosnog talasa koji se kre}e suprotno od kazaljke na satu, odnosno u suprotnom smjeru od talasa koji se kre}e u smjeru kazaljke na satu. Jedan talas }e se kretati dužim putem da bi dosao u tacku P, dok }e drugi talas prevaliti manji put. Put svjetlosti (prsten) poluprecnika r ima obim L = 2nr. Vrijeme za koje se prede ovaj put L iznosi:
T = L/c = — (1)
c
gdje je c - brzina svjetlosti.
U toku vremena T put svjetlosti rotira ugaonom brzinom Q za ugao Ф = QT. Skra}ivanje jednog puta svjetlosti za l = гФ može se napisati kao:
L_ = L-l (2)
Pove}anje drugog puta svjetlosti je:
L+ = L+l (3)
Ukupna razlika u putu svjetlosti je:
2QrL
AL=L+-L = 2 • l=2r Ф= 2rQT =--------(4)
c
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2004.
509
Ako se ova razlika podijeli sa tala-snom dužinom svjetlosnog talasa, dobija se razlika u jedinicama talasne dužine. Smatrajući da je talasna dužina X ekviva-lentna faznom uglu od 2n, razlika puta se može izraziti kao fazni pomjeraj izmedu dva svjetlosna talasa:
OS = 2nAL/X (5)
Ovaj fazni pomjeraj zove se Sanja-kova faza. To znaci da rotacija dva svjetlosna talasa, koji se kreću u suprotnim smjerovima, daje fazni pomjeraj. Ako se izraz (4) uvrsti u izraz (5), dobija se rela-cija (6) koja daje vezu izmedu Sanjakove faze i ugaone brzine rotiranja faze svje-tlosti:
_ 4nrL
&s = —■Q (6)
Xc
Konstantni faktor ispred Q predsta-vlja faktor skaliranja. On odreduje sa ko-jom osjetljivosću interferometar pretvara ugaonu brzinu u fazni pomjeraj. Jedna-kost, takode, pokazuje da osjetljivost za-visi od geometrijskih osobina fiberskog kalema. Osjetljivost raste sa povećava-njem precnika kalema i povećanjem du-žine optickog fibera.
Sanjakov interferometar, kako je upravo opisan, ima kosinusnu prenosnu funkciju [2]. To znaci da se u slucaju nul-te fazne razlike izmedu signala cw i ccw, signali sabiraju i javlja se maksimalni in-tenzitet Imax (slika 3). Kada je fazna razlika izmedu signala cw i ccw n, jacina su-perponiranog signala je minimalna - u idealnom slucaju jednaka je nuli (slika 4).
Kosinusna prenosna funkcija inter-ferometra može se predstaviti izrazom:
i = №) = (Imax/2) /1 + cos(Os)] (7)
CW
/ j \
f \ f \
1 L > t—
* \ / i * \ j
f \ / f \ V
J \ r j \
> ( N
J V /
\ i f LLW \
1 1 1 1
Sl. 3 — Slucaj kada je fazna razlika nula — poOacanje
Sl. 4 — Slučaj kada postooi fazna razlika n—prigušenje
Simetricna kosinusna prenosna funk-cija ima dva nedostatka (slika 5):
- osjetljivost oko nultog položaja (stanja mirovanja) vrlo je mala zbog ho-rizontalnog nagiba tangente;
Sl. 5 — Simetrična kosinusna prenosna funkcija
(6)
510
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2004.
- bilo koja ulazna rotacija vodi ka smanjenju intenziteta I, a ne može se od-rediti ni smjer rotacije.
Da bi se ovi nedostaci izbjegli, u in-terferometar se uvodi fazni pomjerac koji daje fazni pomak od + n/2 ili - n/2. Ovaj vjestacki uvedeni fazni pomak pomjera radnu tacku na prenosnoj funkciji u njen linearni dio. Istovremeno se vrsi i modu-lacija signalom cija je fTekvencija ekviva-lentna vremenu puta svjetlosnog talasa. Time se postiže dodatna DC stabilnost. Na slikama 6 i 7 prikazani su izlazni sig-nali iz interferometra u slucaju kada nema rotacije i u slucaju kada ona postoji.
Sl. 6 — Modulacija kada nema rotacije
Mjerenjem amplitude signala uz pri-mjenu sinhrone demodulacije odreduje se brzina rotacije. Razmjestaj sa fazno osjetljivim ispravljacem (usmjeracem) daje signal cija je amplituda proporcio-nalna ugaonoj brzini. Za postizanje viso-ke linearnosti i ostvarivanje mjerenog opsega, koji može obrađivati fazni ugao Ф>п, koristi se metod zatvorene petlje. Na fazni modulator dodaje se kompenza-
Sl. 7 — Modulacija kada postoji rotacija
cioni signal koji ima istu vrijednost, ali suprotan znak od Sanjakove faze. Sa ide-alnom kompenzacijom detektor mjeri nultu vrijednost amplitude. Kompenzaci-oni napon je direktno proporcionalan Sa-njakovoj fazi.
Direktno racunanje brzine rotacije iz amplitude modulisanog izlaznog signala ostvaruje se tehnikom otvorene petlje. Kosinusna prenosna funkcija uslovljava nelinearnost faktora skaliranja i ograni-cava izlaznu brzinu na prvi clan periodic-ne funkcije. Ako se izracunata brzina rotacije doda signalu faznog modulatora sa negativnim podznakom, doći će do kom-penzacije Sanjakove faze. AC amplituda izlaznog signala se kontrolisano približa-va nuli. Ovaj metod kompenzacije zove se tehnika zatvorene petlje, a njena pred-nost je postizanje visoke linearnosti faktora skaliranja i mogućnost korisćenja neogranicene ulazne brzine. Pomjerac faze je u interferometru postavljen asime-tricno u fiberskoj petlji. U prenosnu funkciju (7) dodaju se dva clana:
i = Ф = (Imax /2) [1 + coS^s + Ф(г) -
- Ф + T) )] (8)
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2004.
511
gdje je:
O(t) - fazni pomak ccw talasa prije ula-ska u petlju,
0(t + t) - fazni pomak cw talasa nakon prolaska kroz petlju za vrijeme t.
U tehnici zatvorene petlje argument u prenosnoj kosinusnoj funkciji je kon-stantan:
0S + 0(t) - 0(t + t) = const (9)
0(t) - 0(t + t) = const - 0S (10)
Da bi se razlika faza na lijevoj strani jednakosti (10) držala konstantnom u vre-menu potrebno ju je povećavati za iznos (const - OS) svakih t sekundi (slika 8).
S obzirom na to da je period kosinu-sne funkcije 2n, digitalna rampa se rese-tuje ako vrijednost pređe 2n (slika 9).
Modulacija
Ф(т)-Ф0-Х)
Vrijeme
Vrijeme
Vrijeme
Sl. 8 — Rampa digitalne faze
Digitalna
rampa
Slaganje
modulacije
Sl. 9 — Resetovanje rampe digitalne faze
Fiber-optički žiroskop
U daljnjem tekstu biće opisane kom-ponente fiber-optickog žiroskopa, odno-sno Sanjakovog interferometra, i njegove osnovne funkcije [4, 5] (slika 10).
Kao izvor svjetlosti koristi se super-luminiscentna dioda (SLD) koja predsta-vlja modifikovanu formu poluprovodnic-kog lasera. Za razliku od lasera, SLD ne posjeduje opticki rezonator. Tipicne oso-bine SLD su: talasna dužina od 830 nm, koherentna dužina 50 pm i intenzitet 100 do 1000 pW. Emitovanje svjetlosnog ta-lasa sa laserske i SLD diode prikazano je na slici 11.
Idealni kružni put svjetlosti je, u stvari, kalem optičkog fibera. Srediste i kosuljica (plast) optickog fibera najve-ćim se dijelom izrađuju od kvarcnog sta-kla, koje je okruženo plasticnim omota-cem. Karakteristike provođenja svjetlosti bazirane su na potpunoj refleksiji svjetlo-sti od materijala koji mijenjaju upadne uglove. Da bi se obezbijedilo da svjetlo-sni put ima istu dužinu u oba smjera, ko-riste se takozvani monomodni ili jedno-modni fiberi. Precnik sredisnjeg dijela optickog fibera je unutar opsega talasne dužine laserske svjetlosti. Da bi se održa-li isti putevi svjetlosti, opticki fiber mora biti polarizaciono-održavajućeg tipa, ili alternativno svi efekti interferencije mo-raju biti ponisteni dvostrukim prelama-njem. To se postiže potpunom depolari-zacijom svjetlosti na jednom kraju puta, sto je i glavni razvojni korak u proizvod-nji fiber-optickog žirokompasa. Stan-dardne dimenzije monomodnog fibera su: precnik sredista 4 do 6 pm, precnik kosuljice 80 do 125 pm, precnik omotaca 65 do 250 pm.
512
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2004.
LASER
SLD
LC
Sl. 11 — Emitovanje svjetlosnog talasa sa laserske i superluminiscentne diode (SLD)
Osjetljivost interferometra raste sa povećanjem dužine fibera i precnika fi-berskog kalema. Za primjenu kod žiro-kompasa opticki fiber dužine 500 m na-motan je na kalem precnika 8 cm.
Razdjelnik svjetlosnog snopa je in-tegrisana opticka komponenta. Mono-modni talasovod je integrisan u litijum-niobatnom kristalu (LiNbO3) sa izved-bom na supstratu Y oblika (slika 12). In-tegrisano kolo ima ulaz i dva izlaza. Pro-izvodni proces nastajanja komponente naziva se „izmjena kaljenih protona“.
Razdjelnik snopa svjetlosti djeluje i kao polarizator, jer se talasovod proizve-den izmjenom protona može polarisati samo u jednom smjeru.
Treća funkcija ovog kompleksnog in-tegrisanog kola, pored funkcija razdjelnika snopa svjetlosti i polarizatora, je funkcija faznog modulatora. Pri tome se koriste elektroopticke karakteristike LiNbO3 kri-stala, gdje se indeks prelamanja može mi-jenjati uticajem elektricnog polja. Na talasovod integrisane komponente prikljucene su elektrode (10 mm dužine na intervalima
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2004.
513
10 do 20 pm). Niskim naponom postiže se fazni pomjeraj od 2n.
Svjetlost koja se vra}a sa interfero-metra spregnuta je izme|u izvora svjetlo-sti i razdjelnika i dolazi na detektor koji je osjetljiv na svjetlost. Sprežnjak sadrži dva fibera spojena zajedno, tako da polo-vina svjetlosti prelazi sa jednog na drugi fiber.
Svjetlost, dobijena preko sprežnja-ka, pretvara se u elektricnu struju pomo-}u poluprovodnicke diode osjetljive na svjetlost (fotodetektor) i koristi se u funkciji zatvorene petlje. Elektricni signal sa fotodetektora pretpojacava se i pretvara u digitalni signal u analogno-di-gitalnom pretvaracu. Ova „informacija“ može se obralivati u digitalnom racunaru (digitalno procesiranje). U operaciji zatvorene petlje, obrada signala se izvodi za isti period vremena za koji se zahtije-va da putuje svjetlost kroz fiberski ka-lem. Za fiberski kalem dužine 500 m, ovaj period je manji od 2 ps, a unutar tog perioda procesor signala mora izvrsiti sve zahtijevane radnje.
Kompletni sistem
Inercijalna mjerna jedinica sastoji se od tri fiber-opticka žiroskopa, osjetljiva na promjenu kursa, posrtanje i ljuljanje broda i dva senzora (detektora) nivoa. Uz inercijalnu mjernu jedinicu sistem sadrži: jedinicu za upravljanje i prikazivanje na displeju, interfejs i jedinicu napajanja. Arhitektura inercijalnog sistema prikaza-na je na slici 13, a kompletna elektronika fiber-optickog žirokompasa na slici 14.
Analogni i digitalni pokazivaci (po-navljaci) i drugi periferni urelaji napaja-
Sl. 13 — Arhitektura inercijalnog sistema
Sl. 14 — Elektronika fiber-opti~kog zirokompasa: PA — pretpoja~ava~, ADC — analogno-digitalni pretvara~, DAC — digitalno-analognipretvara~, ASIC — integrisano kolo specijalne namene, MIOC — višefunkcionalno integrisano opti~ko kolo
ju se izlaznim podacima preko serijskog interfejsa. Sistemu je mogu}e dodati i drugi žirokompas - prenosni magnetni kompas (magnetska vrata).
Poređenje rada klasičnog i fiber-optickog žirokompasa
Da bi se rad fiber-optickog žiro-kompasa bolje razumeo korisno je izvrsiti porelenje njegovog funkcionisanja sa radom konvencionalnih žirokompasa.
514
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2004.
Žirokompasi za svoj rad koriste dva prirodna fenomena: rotaciju i gravitaciju Zemlje, a pona{aju se u skladu sa dva za-kona klasi~ne mehanike: zakonom iner-cije i zakonom precesije. Osnovni prin-cip na kojem se zasniva rad svih nemag-netnih kompasa je realizacija ravni koja se stalno pozicionira u prostoru. Princip traženja sjevera ostvaruje se izdvajanjem signala koji se generi{u kao posljedica rotacije Zemlje. Oni se koriste da ravan postave u horizontalan položaj, a refe-rentnu osu (liniju) koja leži u toj ravni, i fiksno je pode{ena u po~etnom položaju, dovedu u pravac geografskog sjevera.
Prostorno orjentisana ravan
U klasi~nom slu~aju žirokugle, glav-ne ose dva žiroskopa, postavljene su pod određenim uglom jedna u odnosu na dru-gu (na primjer 90°). Ove ose formiraju ravan koja se stalno pozicionira u prostoru. Ugao između ove ravni i ravni koja je fiksno vezana za brod nije potpuno poznat. Na ovu fizi~ki definisanu ravan dodaju se određene mehani~ke komponente (na pri-mjer referentno klatno, viskozni indikator
nivoa ili akcelerometar). Kod konvencio-nalnih žirokompasa sa žirokuglom refe-rentno klatno se realizuje tako {to se cen-tar gravitacije (teži{te) osjetljivog elemen-ta spu{ta vertikalno u odnosu na ta~ku vje{anja (geometrijski centar). Na taj na-~in žirosfera postaje osjetljiva na ubrzanje i nagib (posljedice rotacije Zemlje), pa se automatski generi{e obrtni moment oko horizontalne ose, {to izaziva precesiju.
Kod fiber-opti~kog žirokompasa prostorno orijentisana ravan nije definisana mehani~ki. Jedina ravan koja realno po-stoji je ravan fiksirana za brod na kojoj je žirokompas montiran. Na osnovu ugaonih brzina ravni koja je kruto vezana za brod oko sve tri ose (x, y i z) i pripadajućih uglova rotacije, kreira se virtuelna ravan ~iji se položaj u odnosu na po~etni memo-ri{e u procesnom ra~unaru u obliku direk-cionalne kosinusne matrice. Ova virtuelna ravan ne postoji u prostoru u bilo kakvoj mehani~koj formi. Poznati su i stalno pri-sutni samo Ojlerovi uglovi oko kojih se okreće ravan vezana za brod, a preko ovih uglova kreira se i defini{e virtuelna ravan, koja ne može sadržati bilo kakve dodate mehani~ke elemente (slika 15).
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2004.
515
Horizontalno nivelisanje
Vertikalno premještanje centra gra-vitacije žirosfere uzrokuje nastanak efek-ta klatna. Ovakav nacin funkcionisanja osigurava da žirosfera, odnosno pocetna definisana prostorno orijentisana ravan, dolazi u horizontalan položaj kada centar gravitacije osjetljivog elementa leži di-rektno ispod tacke vješanja (na liniji koja spaja tacku vjesanja i centar Zemlje). Zbog mehanicke konstrukcije klasicnog žirokompasa, proces horizontalnog nive-lisanja orijentisane ravni nije jednosta-van, a za potpunije objašnjenje koristi se komplikovani matematicki aparat klasic-ne mehanike.
Da bi se osigurala funkcija traženja sjevera, pocetna prostorno orijentisana ravan fiber-optickog žirokompasa takođe mora biti horizontalno nivelisana. To nije direktno ostvarljivo, jer senzori nivoa ho-rizonta ne mogu biti pričvršćeni za ovu virtuelnu ravan. Međutim, signali koji dolaze od senzora nivoa pricvršćenih za brod poznati su i jednaki su nuli kada je ravan vezana za brod horizontalna. Uz pomoć Ojlerovih uglova ovi signali mogu se matematicki transformisati u virtuelnu prostorno orijentisanu ravan. Rezul-tati su isti kao kada bi se signali mjerili direktno. Uz pomoć ovako transformisa-nih signala mjenjaju se Ojlerovi uglovi, što uslovljava kreiranje virtuelne hori-zontalno nivelisane i prostorno orijenti-sane ravni.
Funkcija traženja sjevera
Kod klasicnog žirokompasa ravan rotacije glavne ose prostorno je orijenti-sana i okreće se u odnosu na Zemlju. Sje-
verna strana žirosfere podizaće se ili spu-štati ukoliko glavna osa sistema nema pravac geografskog sjevera. To uslovljava generisanje obrtnog momenta, što je direktna posljedica vertikalnog pomjera-nja težišta. Pomjeranje težišta uslovljava pojavu precesije koja glavnu osu žiro-skopa pomjera prema geografskom sje-veru. Ako se ostvari tacno proracunato prigušenje, navedeni proces će se smiriti kada se glavna osa poklopi sa sjeverom i horizontalnom ravni.
Kod fiber-optickog žirokompasa inicijalna prostorno orijentisana ravan ta-kođe se kreće u odnosu na Zemlju. Me-đutim, ovdje se ne radi o mehanickom kretanju, već je izražena promjena Ojle-rovih uglova u direkcionalnoj kosinusnoj matrici. Osa pravca sjevera u prostorno orijentisanoj ravni podiže se ili spušta to-liko dugo dok se ne poklopi sa sjeverom. Kretanje koje prouzrokuje spuštanje i po-dizanje ravni registruje se preko transfor-misanih signala nivoa horizonta. Rezul-tantno odstupanje od horizontalnog polo-žaja koristi se za promjenu Ojlerovih uglova, što dovodi do poravnavanja virtuelne prostorno orijentisane ravni sa sje-verom.
Izlazni signali
Kod konvencionalnog žirokompasa, nakon procesa smirivanja, može se mje-riti ugao između longitudinalne ose bro-da i geografskog sjevera. Ovaj ugao predstavlja kurs broda. Moguće je, tako-đe, mjeriti i uglove koji se odnose na ho-rizontalnu ravan (ljuljanje, posrtanje), ali to u praksi nije slucaj. Svi navedeni uglo-vi su između mehanickih realnih eleme-nata.
516
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2004.
Kod fiber-optickog žirokompasa po-menute procedure horizontalnog niveli-sanja i traženja sjevera odvijaju se nepre-kidno i daju izlazne signale u formi Ojle-rovih uglova. To nisu neposredno izmje-reni uglovi, već matematicki dobijeni uglovi koji su izvedeni na osnovu rotaci-je Zemlje. To su uglovi izmedu ravni ve-zane za brod i matematicki dobijene vir-tuelne ravni koja je horizontalno niveli-sana, a orijentisana prema sjeveru. Iz ove informacije proracunavaju se uglovi koje brod (odnosno ravan vezana za njega) zaklapa sa horizontom (ljuljanje, posrta-nje) i geografskim sjeverom (kurs).
Karakteristike fiber-optickih žirokompasa u skladu sa ISO 8728
Medunarodnim standardom ISO 8728 [5] propisane su minimalne vrijed-nosti karakteristika koje moraju zadovo-
ljiti svi žirokompasi. U tabeli su prikaza-ne vrijednosti definisane navedenim standardom, a zatim redom odgovarajuće karakteristike fiber-optickog žirokompa-sa SR 2100-Plath [6] i najmodernijih kla-sicnih žirokompasa STANDARD 20 -ANCHUTZ i MERIDIAN -Brown [7].
Savremeni konvencionalni žirokom-pasi imaju manju dinamicku gresku pri od-redivanju kursa, ali je fiber-opticki žiro-kompas daleko superiorniji po pitanju vre-mena smirivanja, sto ga cini vrlo konku-rentnim za primjenu kod ratnih brodova.
Fiber-opticki žirokompas SR 2100 sastoji se od tri fizicki odvojena dijela: senzorske jedinice, jedinice interfejsa i napajanja i jedinice za upravljanje i pri-kazivanje na displeju. Dimenzije jedinica su: 292 x 340 x 170 mm, 524 x 341 x 123 mm i 288 x 96 x 55 mm, a mase 11,5 kg, 15 kg i 0,7 kg, respektivno. Ukupna po-trosnja (startovanje i normalan rad) žiro-
Karakteristike fiber-optickih zirokompasa u skladu sa ISO 8728
Karakteristika ISO 8728 SR 2100 STANDARD 20 MERIDIAN
Vreme smirivanja <6 h <30 min 3 h 45 min
Kurs u tacki smirivanja ±0,75° x secф +0,7° x secф +0,1° x secф +0,25° x secф
Razlika proizvoljnog izmerenog kursa u tacki smirivanja i srednje vrednosti kursa u tacki smirivanja ±0,25° x secф / / /
Ponovljivost kursa od jednog do drugog ukljucenja ±0,25° x secф / / ±0,25°x sec ф
Vreme smirivanja u radnim uslovima: — ljuljanje-posrtanje predstavlja prosto har-monijsko kretanje sa periodom (6—15) s, maksimalnim uglom od 5° i sa maksimalnim horizontalnim ubrzanjem od 0,22 m/s2 <6 h <30 min 3 h 45 min
Kurs u tacki smirivanja pod opstim uslovima ±1° x sec ф +0,7° x secф +0,4° x secф +0,6° 0 x secф
Kurs nakon korekcije pri brzini od 20 cvorova ±0,25° sec ф / / /
Kurs pri promeni brzine od 20 cvorova ±2o / / /
Kurs nakon promene kursa od 180° pri brzini od 20 cvorova О CD +1 / / /
Kurs na Scorsby stolu pri uticaju posrtanja, lju-ljanja i kretanja predstavljenih prostim harmo-nijskim kretanjem sa periodom (6—18) s, maksimalnim uglovima od 20°, 10° i 50° i pri maksi-malnom horizontalnom ubrzanju od 1 m/s2 ±1° x sec ф +0,7° x secф +0,4° x secф +0,6° 0 x secф
ф — geografska sirina, sec ф = 1/cos ф
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2004.
517
kompasa je 45 W (DC). Napajanje je 115/230 VAC 50/60 Hz ili 24 VDC (18 V do 36 V). Mogu}e je priklju~iti 12 analognih ponavlja~a, a na raspolaganju su dvije NMEA 1083 linije, dvije RS 422 linije, jedna linija NMEA 0183 FAST, jedna linija RS 422 SUPER FAST, dva izlaza 6 korak/stepen, tri brzinska ana-logna signala ±10 V, jedan brzinski ana-logni signal 4 do 20 mA i jedna dvo-smjerna linija HDLC.
Ako se navedene karakteristike upo-rede sa klasi~nim žirokompasom SPERRY MK 37 VT, koji predstavlja indu-strijski standard, stanje je sljede}e:
MK 37 VT se sastoji od tri fizi~ke je-dinice: osnovne jedinice, jedinice elektro-nike i uredaja za prikazivanje na displeju. Dimenzije jedinica su: 368 x 325 x 443 mm, 528 x 510 x 258 mm i 288 x 144 x 42 mm, a mase 38 kg, 13 kg i 1,2 kg, respek-tivno. Napajanje žirokompasa je 115/230 VC ±10% i 47 do 64 Hz. Potrosnja iznosi 24 VDC @ 8 A. Izlazni signali su standar-dizovani i u saglasnosti su sa ISO 8728. Ukupna masa SR 2100 je 27,2 kg prema 52,2 kg mase MK 37. Potrosnja SR 2100 je 45 W prema 192 W potrosnje MK 37.
Zaključak
Novi fiber-opti~ki žirokompas NA-VIGAT 2100 prvi je potpuno elektronski „solid-state“ pomorski žirokompas sa vi-sokom dinami~kom ta~nos}u i vrlo krat-kim vremenom smirivanja. Namjenjen je za integrisane komandne mostove i vrlo brze brodove. Uredaj je vrlo pouzdan i sa malom mogu}nos}u da dode do neis-pravnosti, jer ne posjeduje rotacione me-hani~ke elemente.
NAVIGAT 2100 daje podatke o kursu, uglu valjanja i posrtanja, i infor-maciju o brzini obrtanja oko sve tri ose. Ove karakteristike mu osiguravaju sigur-nu primjenu kod ratnih brodova.
Literatura:
[1] Hallbauer, Hans-Diter: The First Fiber-Optic Gyrocompass, Plath Publication, Hamburg, 1998.
[2] Buschelberger, H. J.: The Fiber Optical Gyroscope, Plath Publication, Hamburg, 1997.
[3] Agilent Technologies: Lightwave Test and Measurement Catalog, Publ. No. 5980-8000E, USA, 2001.
[4] Gonda, S.; Seko, D.: Optoelektronika v voprosah i otvetah, Prevod
sa japanskog na ruski jezik, Energoizdat, Lenjingrad, 1989.
[5] ISO 8728: Ships and marine technology — Marine gyrocompasses, Geneve, 1997.
[6] Kataloski podaci firme C.Plath za fiberoptički žirokompas SR (NAVIGAT) 2100, Hamburg, 1998.
[7] Unkovi}, M.: Standardizacija metroloskih karakteristika brodskih navigacionih žirokompasa, Kongres metrologa Jugoslavije, Zbornik radova na CD, Novi Sad, 2000.
518
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2004.
