Loss mechanisms in metallic hemispherical resonators and cost-effective gyroscope applications
Metalik yarı küresel rezonatörlerde kayıp mekanizmaları ve maliyet etkin dönüölçer uygulamaları
- Tez No: 959358
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN, DOÇ. DR. OĞUZ ÇELİKEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Physics and Physics Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Yarı küresel rezonatörlü dönüölçerler (YKRD), çevresel etkilere karşı yüksek dayanıklılıkları ve son derece düşük gürültü düzeyleri ile üstün performans sunarlar. Hem açısal hız hem de doğrudan açı kiplerinde kesintisiz çalışabilmeleri ve bu kipler arasında istenildiğinde geçiş yapabilmeleri, onları geniş bir navigasyon ve stabilizasyon uygulama yelpazesi için cazip kılar. Bununla birlikte geleneksel YKRD'ler, yüksek hassasiyetli ve pahalı bir işleme süreci gerektiren kuvars rezonatöre sahip olmaları nedeniyle maliyet hassasiyeti yüksek yeni nesil platformlarda yaygın kullanıma uygun değillerdir. Bu tez, metal rezonatör kabuklarına dayanan maliyet etkin YKRD tasarımlarını inceleyerek söz konusu kısıtlamaya çözüm getirmeyi amaçlamaktadır. Araştırma, performansı ve uzun vadeli kararlılığı sınırlayan kayıp mekanizmalarının ayrıntılı analiziyle başlayarak performans öngörüsü için kuramsal bir çerçeve oluşturur. Bu bulgulardan yola çıkarak, kompakt prototipte kullanılacak rezonatör malzemesini belirlemek için hem alüminyum hem de Super Invar'dan yarı küresel kabuklar üretilmiş ve çok aşamalı karakterizasyon testlerine tabi tutulmuştur. Sıcaklığa bağlı rezonans frekansı, mekanik kalite faktörü ve kapalı çevrim açısal hız tepkisi elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Sistematik değerlendirme, alüminyum rezonatörün tüm temel ölçümlerde Super Invar muadilini geride bıraktığını göstermiştir. Dolayısıyla kompakt prototip için alüminyum seçilmiştir. Ortaya çıkan maliyet etkin alüminyum HRG prototipi ile, 3.39x10^(-3 )°/√h açısal rastgele yürüyüş ve 3.35x10^(-2) °/h sabit hata kararsızlığı elde ederek, kuvarsın üstün performans seviyelerine tam olarak ulaşmasa da metal bir YKRD'nin, geleneksel kuvars sensörlerinin yalnızca küçük bir maliyetiyle navigasyon sınıfı doğruluk sağlayabildiğini ve böylece YKRD teknolojisinin pratik uygulama alanını genişletebileceğini doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Hemispherical resonator gyroscopes (HRG) offer outstanding performance with ultra-low noise with strong resistance to environmental fluctuations. Their ability to operate in both rate and rate-integrating modes, and to transition between these modes on demand, makes them attractive for a wide range of navigation and stabilization applications. Conventional HRGs, however, rely on fused-quartz resonators that demand extremely precise and costly machining, limiting their adoption in emerging, cost-sensitive platforms. This thesis addresses that limitation by investigating cost-effective HRG designs based on metallic resonator shells. The research begins with an in-depth analysis of the loss mechanisms that limit performance and long-term stability, establishing a theoretical framework for predicting performance. Using these insights, to determine the resonator material for compact prototype, hemispherical shells were fabricated from both aluminium and Super Invar and subjected to an iterative characterization tests. Temperature-dependent resonance frequency, mechanical quality factor, and closed-loop gyroscopic rate response were obtained and compared. The systematic evaluation showed that the aluminium resonator outperformed its Super Invar counterpart across all key metrics, leading to its selection for the compact prototype. The resulting cost-effective aluminum HRG prototype achieved an angular random walk of 3.39x10^(-3) °/√h and a bias instability of 3.35x10^(-2 )°/h, confirming that, although a metallic HRG does not quite reach the extraordinary performance levels of quartz, it can still achieve navigation-grade accuracy at a fraction of the cost of traditional quartz sensors, thereby ability to broadening the practical application space for HRG technology.
Benzer Tezler
- Amorphous çekirdekli transformatörün incelenmesi ve tasarımı
Amorphous alloy core distribution transformers
SİBEL AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDAN GÜZELBEYOĞLU
- Preparation and electrical structural optical characterization of İn Se thin films
İn Se ince filmlerin hazırlanışı ve elektrik yapı, optik karakterizasyonu
MEHMET PARLAK
Doktora
İngilizce
1997
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇİĞDEM ERÇELEBİ
- Femtosaniye lazerlerin metallerle etkileşimlerinde dalgakılavuzu davranışlarının incelenmesi
Investigation of waveguide behaviour in the interaction of femtosecond lasers with metals
ABDULLAH KAMURAN TÜRKOĞLU
Doktora
Türkçe
2012
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Metalotermik yöntem ile NiB master alaşımlarının üretimi
Production of NiB master alloys via methallothermic method
ÖMÜR CAN ODABAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL