Gyroscopes based on acoustic waveguides

Akustik dalgaların dalga kılavuzunda ilerlediği yeni dönüölçer yapılarını önerilecektir. Bu tez iki bölümden oluşmaktadır. İlk bölümünde, önerilen dönüölçerin temel prensipleri tartışılacaktır. Bu yeni dönüölçer halka şeklinde üretilmiş kapalı bir dalga kılavuzundan ve bunun uygun modlarını tetikleyen bir piezoelektrik çeviriciden oluşacaktır. Piezoelektrik çevirici dalga kılavuzu içerisinde karşıt yönlerde yol alan iki akustik dalga üretecektir. Dalga kılavuzu bir dönme hareketine maruz kaldığında Coriolis kuvvetinin etkisiyle birbirine zıt yönlerde hareket eden akustik dalgalar farklı miktarlarda faz kazanacaklardır. İki dalganın birbirine göre faz farkı dalga kılavuzunun açısal dönme hızıyla doğru orantılı olarak artacaktır. Bir başka deyişle iki dalga arasındaki faz ölçülerek, dönme hareketinin hızını takip etmek olasıdır. Dalga kılavuzunun analizleri sırasında, dalga kılavuzunun rezonanslarının kaydığı gözlemlenmiştir. Bunun nedeni Coriolis kuvvetinin müdahalesiyle karşıt yönlerde ilerleyen dalganın yukarı aşağı hız kaymasıdır. Bu gözlemlere göre, titreşimli dönüölçerlerin daha derin analizi yapılmıştır. Bu analiz tezin ikinci kısmını oluşturmaktadır. Tipik titreşimli dönüölçer sürme ve algılama sistemleri olarak iki parçadan oluşur. Bu zamana kadar, bu iki sistemin karşılıklı etkileşimi(coupling) göz ardı edilmiş ve ayrı ayrı analiz edilmişlerdir. Tezin ikinci kısmında, sürme ve algılama sistemleri arasındaki karşılıklı etkileşimin olduğu analizi ilk defa göstereceğiz. Titreşimli dönüölçerler MEMS dönüölçerlerin gelişmesiyle son zamanlarda çok dikkat çekmiştir. Bu dönüölçerler taşınabilir aletler ve akıllı telefonlar kanalıyla ilerlemiştir. Yeni dönüölçer yapıları detaylı olarak önerilmiş ve analiz edilmiştir. Bu birçok analize rağmen sürme ve algılama sistemleri arasındaki karşılıklı etkileşim göz ardı edilmiştir. Biz ise analitik olarak sürme ve algılama sistemleri arasındaki karşılıklı etkilşimin Coriolis kuvveti nedeniyle olduğunu göstereceğiz. Bunun sonucunda, lineer ve burumsal(torsional) dönüölçer sistemlerinin mekanik yapı rezonansları dönme oranı arttıkça kaymıştır. Basit dönüölçer sistemlerinden başlayarak, algılama ve sürme rezonans frekans kaymaları çeşitli konfigürasyonlarda hesaplanmıştır. Sonra, analitik çözümün elde edilmesinin zor olduğu daha karmaşık sistemler için ticari olarak mevcut olan Sonlu Eleman Methodu, alakalı frekans kaymasının belirlenmesi için kullanmıştır. Genel olarak kayma, sistemin Q'su 2500'den az olan eşlenik modlu lineer titreşimli dönüölçerler için küçüktür. Fakat, daha yüksek Q sistemleri için, frekans kayması bu dönüölçerlerin lineerliğini etkileyebilir. Bu titreşimli dönüölçerlerin lineerliğine temel bir limit koyar. Hesaplamalarımıza göre Q'su 3000'den fazla olan 2-serbestlik dereceli eşlenik modlu lineer titreşimli dönüölçerler ve Q'su 600'den fazla olan 2-serbestlik dereceli eşlenik modlu brumsal titreşimli dönüölçerler için lineersizlik 1%'dir. Çoklu serbestlik dereceli ve halka titreşimli dönüölçerler de incelenmiştir. Bu etkinin çoklu serbestlik dereceli dönüölçerler için oldukça azdır.