Tam fiber optik akustik vektör algılayıcı sistemlerinin simülasyonu ve sistemlerin hassasiyet analizi
Simulation of all fiber optic acoustic vector sensor and analysis of system sensitivity
Yazar: BİLGE KARATAŞ SORANLAR
Danışman: PROF. DR. AKIN BACIOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Akustik vektör algılama için geliştirilen tam fiber optik algılayıcı sistemler yüksek hassasiyet, küçük hacimsel yük, düşük maliyet ve elektromanyetik girişimlerden etkilenmemesi sebebiyle akustik dalga ölçümlerinde kullanılmaktadır. Fiber optik tabanlı akustik sistemler, limanlarda su altı güvenliğinin sağlanmasından, denizaltı yan dizin sonarlarına, deniz dibi doğal gaz aramasına, balık tespit edilmesine kadar pek çok alanda mevcut yöntemlere alternatif oluşturmaktadır. 
Fiber optik tabanlı akustik algılayıcı tasarımlarında Fiber Bragg Izgarası (Fiber Bragg Grating, FBG) teknolojisi ile mandrel tabanlı girişim sistemleri üzerine çalışmalar yürütülmektedir. FBG yapısının küçük ebatlarda uygulanabilirliği nedeniyle, mevcut ticari ürünlerin yanında, literatürdeki yüksek hassasiyetli algılayıcı tasarımları ile de yarışabilmesi yönünden umut vericidir.
Bu tez kapsamında FBG tabanlı optik algılama yöntemi ile ataletsel ivme ölçer tasarımı yapılmıştır. Merkezi dalga boyundaki kaymaya göre, sistemin simülasyonu yapılmış ve analiz sonuçları gerçek değerler ile karşılaştırılmıştır. Simülasyon çalışmaları, alüminyum alaşımı ve poli laktik asit (PLA) malzemeleriyle tamamlanmış; kolay üretilebilirliği nedeniyle PLA ile düşük frekanslarda çalışabilen bir sensör üretilmiştir. Bunun yanında, PLA ile üretilmiş ataletsel vektör sensörün, akustik sinyalin geliş yönüne verdiği tepki incelenmiştir. Farklı geometrik parametre setlerine göre simülasyon çalışmaları yapılmış ve elde edilen sonuçlar, ölçüm sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Fiber optic sensor systems developed for acoustic vector detection are utilized in acoustic wave measurements due to their high sensitivity, small volume, low cost and insensitive to electromagnetic interference. Fiber optic based acoustic systems offer alternative methods in various fields ranging from underwater security in ports, submarine flank array sonars, underwater natural gas exploration, to fish detection.  Research studies have been conducted usually on the mandrel-based interferometric systems with Fiber Bragg Grating (FBG) technology in fiber optic-based acoustic sensor designs. The applicability of FBG structure in small dimensions holds promising prospects, as it can compete with existing commercial products as well as high-sensitivity sensor designs found in the literature.
This thesis presents the design of an inertial accelerometer which uses the FBG-based optical sensing method. The simulation of the system was performed based on the central wavelength shift. The simulation studies were conducted using aluminum alloy and polylactic acid (PLA) materials. As it is quite easy to process, PLA was used to produce an acoustic sensor which is capable of operating at low frequnecies. Additionally, the directional response of the inertial vector sensor made of PLA to the incident acoustic signal was investigated. The simulation studies were done for different sets of geometric parameters. The simulation results were compared to actual measured values.