JP2004534942A - 光ファイバを巻くシステム及びその方法 - Google Patents
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Abstract
光ファイバジャイロスコープ(FOG)を所望の固有振動数及び/又は規模要因に合わせるための、その巻き方に関する方法である。FOGの構成部品には、ノーマルとリバースのブレークアウトポイント、そこから延びるノーマルとリバースの導線、及びノーマルとリバースの接続点に繋がれるノーマルとリバースのスプライスを有する内部コイルが含まれる。当該コイルは、スプール上に巻きつけられ、ファイバのリバースセクションが方向を転換する場所であるリバーサルを含んでいる。ファイバの長さは、固有振動数に基づいて調整される。さらに、規模要因に基づいてフォワードとリバースのファイバの長さが計算され、幾つかの長さのうちの少なくとも一つがノーマルとリバースのスプライス、ノーマルとリバースの接続点、ノーマルとリバースの導線などで定義され、規模要因及び/又は固有振動数をさらに得るべく調整される。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバの巻き方に一般的に係わり、特に、固有振動数及び/又は規模要因に基づいて光ファイバを巻くシステム及びその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバジャイロスコープ(FOG)は、この数十年間で、基礎研究の分野から実用分野へと発展してきた。光ファイバジャイロスコープは、ナビゲーションシステムや安定化プラットフォーム等を含め、多くの用途で利用することができる。
光ファイバジャイロスコープの慣性回転運動を検出するための動作原理は、機械的というよりも寧ろ、光学的である。光ファイバジャイロスコープは、光ファイバコイルがその軸の周囲を回転する際の光路の相対的増加を検出することを目的とするもので、有名なサニャク効果を応用するものである。
【0003】
そこで、2本の光線に分割され、ループをそれぞれ反対方向へ周り、受光器へ向かうこととなるような1本の光線について考えることにする。理論上は、2本の光線は等しい距離を進み、同時期にかつ同位相で受光器に到達する。サニャク効果は、全ての装置又はループが回転していれば、回転方向に進行する光線がその逆方向に移動する光線よりさらに進行するということを示すもので、この効果により、光線は異時に位相が異なって受光器に到着することとなり、測定可能な光の干渉縞が生じる。したがって、光路の長さと光の巻線の直径とが、光ファイバジャイロスコープの精度を決定することになる。
【0004】
一般に、光ファイバジャイロスコープは、適所に光ファイバケーブルを保持する多くの折り返しがあって全体的に循環的な形状のスプールに、光ファイバケーブルを巻きつけることにより構築することができる。前述したとおり、光は光ファイバケーブルの両端へ伝播し、受光器や他のセンサがそこから出てくる光を記録する。出射された光波間の干渉縞は、光ファイバケーブルによって形成された環を通して、平面の中で光ファイバジャイロスコープの回転運動の変化を示す。
このような光ファイバの巻き方に関する従来技術としては、以下の文献に記載のものが知られている。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−37764号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
光ファイバジャイロスコープは、特定の周波数若しくは伝播時間、あるいはコイルと他のファイバ・パラメータに基づく固有振動数によって、製造することができる。従って、固有振動数は光ファイバコイルを通過する伝播時間に反比例するものと解される。なぜならば、固有振動数及び伝播時間はファイバのコア直径、コイルの長さ及び幾何学要素の変化によって影響を受けるところ、特定の及び/又は事前に決定した固有振動数(すなわち、伝播時間)に合わせて光ファイバジャイロスコープを巻くことが難しくなってしまっていた。
光ファイバジャイロスコープの動作上の周波数はコイルの長さにほぼ対応するものの、この関係は正確ではなく、また、単にこの唯一の関係に反する光ファイバジャイロスコープの巻線技術は、所望の固有振動数について、一貫せず、不正確な結果を提供する光ファイバジャイロスコープの製造方法論を引き起こしている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
ここに開示した方法及びシステムには、固有振動数及び/又は規模要因に合わせるための光ファイバの巻き方が含まれている。1つの実施形態では、当該方法及びシステムは光ファイバジャイロスコープ(FOG)を固有振動数に合わせる目的で利用することができる。
光ファイバジャイロスコープの実施形態においては、光ファイバーコイルの構成部品はノーマルの端とリバースの端、ノーマルのブレークアウトポイントとリバースのブレークアウトポイント、これらノーマルとリバースのブレークアウトポイントからノーマルとリバースのファイバの端に向かって延びるノーマル導線とリバース導線、及びノーマルとリバースの接合点を、ノーマル若しくはリバースの導線又はノーマル若しくはリバースの端の内の少なくとも1つのに結びつけるノーマルとリバースの接続点を含んでいる。
【0008】
ノーマルとリバースの接合は、締結部を形成する例えばエポキシ樹脂によって固定される。
光ファイバコイルは、スプールの周囲で、ノーマルブレークアウトポイントとリバースブレークアウトポイントの間に包まれており、かかる部所は内部コイルとして知られている。
ノーマルとリバースのブレークアウトポイントから、締結部のノーマルとリバースの端までの、光ファイバコイルもまた、リバース継ぎ目、リバース接続点、又はリバース導線の内の1つのリバーサル包みを生じさせるために継ぎ目の周囲に包まれている。
【0009】
ノーマルとリバースの継ぎ目及び/又は導線は、所望の固有振動数に基づいた長さを供与するために、調整することができる。その長さは、長くも短くもなる。さらに、1セットの長さが構築される。
例えば、1つ目の長さはリバーサルとリバースブレークアウトポイントの間、2つ目の長さはリバーサルとリバース接続点の間、3つ目の長さはノーマル接続点とノーマルブレークアウトポイントの間、4つめの長さはノーマルブレークアウトポイントとリバースブレークアウトポイントとの間(「内部コイル」)、5つ目の長さはリバースの端とリバースの接続点の間、及び6つめの長さはノーマルの端とノーマルの接続点の間で提供することができる。
【0010】
この1セットの長さを、さらに、継ぎ目の周囲の巻き線の方向に基づいて、「プラス」若しくは「フォワード」の長さ、又は「マイナス」若しくは「リバース」の長さとして分類することができる。
1つの実施形態においては、1つ目、3つ目及び6つ目の長さは「プラス」で(全て同じ方向)であり、他方、2つ目と5つ目の長さは「マイナス」となる(全て同じ方向で、プラス方向の逆)。
【0011】
1つの実施形態においては、4つ目の長さは調整することができない。したがって、余剰の長さに基づき、測定された固有振動数、所望の固有振動数、第4の長さ、内部コイルの外部直径、内部コイルの有効平均直径、所望のプラスとマイナスの長さが計算される。
プラスとマイナスの長さ、すなわち、1、3、6、及び、2、5の長さに貢献している長さのうち1つ以上の長さは、それぞれ、所望のプラスとマイナスの長さを得るために調整される。さらに、リバーサルが調整される。
他の目的および利点は、明細書と図面を考慮することで明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の全面的理解を提供するべく、図面を用いた具体的な実施の形態をここに示す。尤も、他の適当な出願においてシステム及び方法を提供するために、ここに記されたシステム及び方法が適用又は修正されうるということ、及び他の追加及び修正が、ここに記されたシステム及び方法を用いた範囲を基礎とすることなく成し得るものであるということは、当業者によって理解され得るものである。
【0013】
別段の定めがない限り、図面を用いた実施の形態は、ある具体例の詳細を変える典型的特徴の提供として理解されうるものであり、それ故に、特徴、コンポーネント、モジュール又は図面の様相は違った態様で、組み合わされ、分離され、差し替えられ又は当該システム又は方法を基礎とすることなく再構成されうるものである。
【0014】
ここに示すシステム及び方法は、付与の固有振動数及び/又は規模要因のために光ファイバーを巻くことに使用することができる。当該方法及びシステムは、付与される固有振動数及び/又は規模要因に対応して光ファイバーを巻くための如何なるアプリケーションにも使用することができるが、図示した実施の形態は光ファイバジャイロスコープ(FOG)を調整するための一例を提供するものである。
【0015】
一般に、光ファイバジャイロスコープは、これに、予め選択したり指定したりした周波数で機能することを要求するアプリケーションなどで使用することができる。高精度光ファイバジャイロスコープは、固有振動数として知られている与えられた周波数でオペレーションを提供し、維持することを試みるものである。
【0016】
固有振動数は、光ファイバジャイロスコープコイルを通過する光の伝播時間に反比例するものと解することができる。なぜならば、伝播時間、従ってまた固有振動数は、コイルの長さ、コイルの直径及び他の要因から影響を受けうるため、事前に定めたり、指定した固有振動数で機能する光ファイバジャイロスコープを製造することが難しいからである。
開示するシステム及び方法は、予め選択した固有振動数に光ファイバジャイロスコープを調整するシステム及び方法を提供するものである。
【0017】
図1は、光ファイバジャイロスコープを使用するシステム100の1つの実施の形態を示すものである。
図示した光ファイバジャイロスコープシステム100は、光源105、光源105を結合器115に接続する光ファイバー170及び受光器110を結合器115に接続する光ファイバー180を含むものである。別の光ファイバー175は、結合器115を光集積回路120に接続する。当業者は光集積回路120が、例えば偏光子を含むことができることを認識するであろう。
【0018】
図1のシステム100の一実施の形態においては、光源105としては「Superlum model 361」という商標で登録されて商業的に製造されているような赤外発光ダイオード(SLD)を用いることができる。結合器115としては、例えばユニバーサル・パート・コードが「788 02513625PM」又はカタログ・パートが「WX−502−351−00E1−001」であるトーマスアンドベット社から入手可能な光結合器やカリフォルニアのウエーブオプテイカル・オブ・マウンティンビュー社から入手可能な光結合器を含め、広く光結合器を利用することができる。
さらに、IOC120は光集積回路によって構築でき、それは原子核又はイオン注入ニオブ酸リチウム(LiNbO3)又はその他の新しい誘電性の基板から構成される。そして、当該回路は光の波形の調整及びその波形の分割などを含んだ特徴を有するものである。
【0019】
図1の実施の形態におけるシステム100では、光集積回路120は1つ目の単一インターフェースチャンネルを使用して結合器115に接続することができ、他方で光集積回路120はまた、別の2つ目のデュアル・チャンネル・インターフェース176、178を維持することができる。
図示した光集積回路120のデュアル・チャンネル・インターフェース178、176はそれぞれ2つの光ファイバセグメント145、140の最初の端部に接続することができる。2つの光ファイバセグメント145、140はそれぞれ、第2の端部で接続点131、136を通して光ファイバコイル155から延びる1つ目のリード130及び2つ目のリード135に接続することができる。
その2つの光ファイバセグメント145、140は、ここでは1つ目と2つ目の継ぎ目145、140として参照される。
【0020】
いくつかの実施の形態では、ファイバ接続145、140は「ノーマル」と「リバース」の指定をここに於けると同様に任意に選択することができる場合、「ノーマル」と「リバース」のファイバ接続として参照される。
したがって、図示したコイル155(図3を参照)は内部コイル157を含むものとして理解され、内部コイル157は多くの光ファイバーのターン(曲り目、回転)であり、例えばいくつかの実施の形態ではエポキシされているかそうでなければ固定されている。他方で、当業者はかかる実施の形態で示した方法及びシステムは本発明を制限するものではないことを認識するであろう。
【0021】
いくつかの実施の形態では、内部コイル157は固定された数のターンと伸長をいずれかの端部に有する予め巻きつけられたコイルを含むものとして理解される。伸長は、ここでは1つ目と2つ目の導線130、135として理解される。内部コイル又は予め巻きつけられたコイル157の終端における点は、ブレークアウトポイント210、215としてそれぞれ関係する(さらに図2参照)。
同様に、ブレークアウトポイント210、215の間のファイバーは、内部コイル157として関連することが理解される。また、ブレークアウトポイント210、215と接続ポイント131、136との間のファイバーは、1つ目と2つ目の導線130、135として理解される。
【0022】
ここに提供されるように、内部コイル157から延び、ゆえに内部コイル157から外向きにブレークアウトポイント210、215を通って延びる、1つ目と2つ目の導線130、135は、内部コイル157上に固定されるか或いは位置するようなファイバの方向と、同一若しくは反対の方向に向かう形で、内部コイルないし予め巻きつけられたコイル157上に更に巻きつけられる。
したがって、ここに提供されるように、「ノーマル」と「リバース」という用語は、スプール159又は内部コイル157が包まれている他の装置若しくは構造の周囲の内部コイル157に沿って伝播する光の方向を示すために理解される場合があり、光は内部コイル157へそれぞれの継ぎ目145、140から供給される。
【0023】
「ノーマル」と「リバース」の光の伝播の指定は任意である。それぞれの継ぎ目145、140は、このように、「ノーマル」と「リバース」の所望の配置に基づいた継ぎ目として関連する。
論究目的のために、ここに「リバース」という用語は、さらに以下に詳述されるようにリバーサル150を含む(1つのブレークアウトポイントと光集積回路120の間の)ファイバを示したり特定したりするために、継ぎ目145、140、導線130、135、ブレークアウトポイント210、215及び接続ポイント131、136を変更するものとして理解される。
【0024】
さらに、「ノーマル」という用語は、リバーサル150を含まない(もう1つのブレークアウトポイントと光集積回路120の間の)ファイバを指定する用語を変更するものとして理解される。
図示したノーマルとリバースの継ぎ目145、140は、締結部125と呼ばれる部を含んでいる。図示した締結部125では、その2つのファイバ継ぎ目が機械的強度と物理的に2つの継ぎ目145、140又はその端部を確実にするように、例えばエポキシ樹脂を使用して固定される。
【0025】
このような方法で2つの継ぎ目145、140に物理的固定性を付与することにより、それぞれの締結部を通る光路の相違は、締結部125で1個の継ぎ目(ノーマルとリバース)に影響を与える物理的ないし他の効果として無視できるものと解することができる。また、締結部125において他の継ぎ目に影響を与えるものとして理解することができる。
図1に示されるように、締結部125は光集積回路120からポイント210Aと210Bまで拡張することができる。
【0026】
論究目的のために、締結部125を含み、時には光集積回路120との結合において、ノーマルとリバースの継ぎ目145、140(すなわち、接続ポイント131、136から光集積回路120まで)をピグテイルと呼ぶことにする。
ピグテイル145、140及び第1と第2のリード130、135は内部コイル157に巻くことができるので、当業者は図示された実施の形態により、2つの継ぎ目145、140及び第1・第2のリード部130、135を含む2つのファイバを内部コイルの周りに同一方向で一緒に包むことができると分かるであろう。
【0027】
これは、内部コイル157を包む単一のコイルと対比することができる。したがって、ブレークアウトポイント210、215からの見通し及びIOC120に目を向けることにより、第1及び第2のリード130、135(及び/又はピグテイル145、140)は内部コイル157の周囲に同じ方向でそれぞれ互いに巻かれることが理解される。
交互に、ブレークアウトポイント210、215からの見通し及び内部コイル157に目を向けた場合、2つのファイバは内部コイル157の巻取の中で違った方向に包まれていることを、それぞれ互いに見ることができる。
さらに詳しくは、ブレークアウトポイント210、215のうちの1つあるいは近傍では、内部コイル157の単一の包みから第1/第2リード130、135の部署あるいはピグテイル145・140の部署の2重の包みまで移行するとともに、第1、第2リード130、135のうちの1つの方向に逆転することがある。この逆転部150は、以下リバーサルとして認識される。
【0028】
図2は、コイルを巻き、内部コイル157を生成するための、1つの実施の形態を示すものである。
図2の実施の形態では、図1で示されたようにコイル155の拡大された表示又は部分がある。示されるように、図2は1番目および2番目の各リード130、135についてのそれぞれのブレークアウトポイント210、215及び前述したリバーサル部150を明示する。リバーサル部150では、先述したように、リードの内の1つは、シングル巻きから二重巻き部への推移のために、その方向を変えている。
【0029】
さらに以前に述べたように、リード/接続ポイント/ピグテイルなどの方向を変更し、リバーサル150を含むようなものは、リバース導線と任意に呼ぶことができ、従って残りのリードを以下ではデフォルトによりノーマル導線として呼ぶことができる。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、内部コイル157のファイバが1つの端を固定し最初の方角にファイバをくるむことにより巻かれる場合、反対方向への回転によってファイバ・コイルが解かれることを認識するであろう。したがって、図2の実施の形態は、ファイバのループがループのそれぞれの端部がほぼ希望のブレークアウトポイント210、215に相当するようなものを供給することができるような選択的巻線技術を示すものである。
【0030】
これらの2つの端部は、最初に継ぎ目159に置くことができ、また、ループは前述した単一の巻線技術の問題を緩和するために、継ぎ目159上に繰り返し置くことができる。
したがって、ここに提供され、図2によって示されるような巻線技術を用いることで、1番目と2番目の導線130、135は、その後に続いて位置する内部コイル157巻線によって安全なものとなる。
【0031】
図2が示すように、内部コイル157は、ブレークアウトポイント210、215がそれぞれ内部コイル157から生じるように捉えられまたは視覚的に表されるように、1番目と2番目の導線130、135上に巻くことができる。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、ここに提供される方法とシステムが当該巻線技術に制限されず、他の巻線技術を利用することが可能であることを認識するであろう。
【0032】
図2は、さらに、リバーサル150を以下のように示す。
すなわち、2つの光路は、スプール159の周りを同一方向に回りながら、また、リバーサル150にまで広がりながら、ピグテイル145・150及び第1と第2の導線130・135を通って、光集積回路(IOC)から入っていくけれども、光が内部コイル157に沿って移動するように、光の(明かりの)経路のうちの一つは(つまりリバース導線)、スプール159についての回転を変える。
【0033】
前述したように、この方向転換は光ファイバジャイロスコープの固有振動数、その測定、及び他の光ファイバジャイロスコープ測定に影響する場合がある。
いくつかの実施の形態では、1番目と2番目の導線130、135は、光ファイバジャイロスコープの固有振動数に基づいて予見され選択された希望通りの長さ以上に、意図的に切り取ったり、そうでなければ短くすることができる。
したがって、各ノーマル・リバースの継ぎ目145、140は、第1と第2の導線130、135に供給する必要のある長さ不足を補うことができる。
【0034】
図3を参照すると、スプール159上に巻かれた内部コイル157があり、さらに、ピグテイル部がスプール159を包んでいることを示す図がある。
図1に戻って参照してみると、当業者は固有振動数(光ファイバジャイロスコープはそれで作動する予定である)として知られている周波数で、光源105が光波を放射することを認識するであろう。
【0035】
光波は、ファイバ170を通って結合器115に伝播する。結合器115は、約50パーセントの光波がノーマルとリバースの継ぎ目145・140をそれぞれ通るような形で光波を分割する光集積回路120に、光波を運ぶ。
いくつかの実施の形態では、光集積回路120はそれぞれの光波を変位させることができる。例えば、1つの実施の形態ではノーマルとリバースの継ぎ目145、140に伝播される前に、一方の光波をΠ/2ラジアンだけ変位させ、他方の光波をΠ/2ラジアンだけ変位させることができる。
【0036】
ノーマル継ぎ目が145によって示されるところの実施の形態においては、光波はノーマル継ぎ目145を通り、接続131を通り、1つ目の導線(そうでなければ正ノーマル導線と呼ばれた)130まで辿り着き、ゆえに、内部コイル157まで伝播することができる。
内部コイル157を横断した後、光波は内部コイル157を離れ、2つ目の導線(そうでなければリバース導線と呼ばれる)135の一部であるリバーサル150を超えながら、スプール159の周りを回転する方向で逆になり、接続部136を横切り、リバーススプライス140を横断し、そして光集積回路120によって受け止められる。
【0037】
同様に、幾つかの実施の形態においては、同時に、光波は、リバース継ぎ目140、接続部136、そしてスプール159のところで1つの回転方向を有するリバース135を通ることで、光集積回路120から伝播される。
そのような光波は、その後リバーサル150を横断して、その後内部コイル157に入る前に、スプール159の所でその回転方向を変える。この光波は、内部コイル157を通り、続いてノーマル導線130、接続部131、ノーマル継ぎ目145を通り、それから光集積回路120へ至る。したがって、1つの継ぎ目145、140に沿って光集積回路120から内部スプールへと伝播する光波は、他の継ぎ目145、140を経由して、光集積回路120に戻る。
【0038】
光集積回路120は2つの受信した光波を再結合し、ファイバ175を通して結合部115へ再結合した光波を向けることができる。
いくつかの実施の形態では、光集積回路120は受信光の位相を変位させることができる。結合器115は光集積回路120から受信した光の約半分を、受信した光の位相に基づいて軸161に関するコイル部材の相対的な回転を指図することができる受光器110へ向けることができる。
当業者は、例えば信号処理システムやユニットを含むことができる他の回路類又はシステムへ、受光器出力を入力することができることを認識するであろう。
【0039】
ここに示されるように、光ファイバジャイロスコープは固有振動数に関係している。さらに、受光器110または信号処理システムによって所望の固有振動数値を提供することができるが、多くの実例では、固有振動数の決定は構築された後に行われる。
ゆえに、希望の固有振動数を達成するために修正するか調節することのできる、コイル155及びピグテイル・アッセンブリ・コンビネーション145、140を提供することが望ましい。
【0040】
ここで、幾つかの変数を、図1、2及び図3に関して記述された用語を参照しながら記述するものとする。
ファイバ長L1は、リバースブレークアウトポイント215(リバースリード上の)とリバーサル150との間のファイバの長さである。
ファイバ長L2は、リバーサル150とリバース接続ポイント136との間のファイバの長さである。
ファイバ長L3は、ノーマル接続ポイント131とノーマルブレークアウトポイント210との間のファイバの長さである。
【0041】
ファイバ長L4は、ノーマルブレークアウトポイント210とリバースブレークアウトポイント215との間のファイバの長さであり、かかるファイバの長さは内部コイル157としても定義されうる。
ファイバ長L5は、光集積回路のデュアル・チャンネル・インターフェースのリバース・チャネル176(つまり光集積回路120に接続するリバースファイバーの端点)と、リバース接続ポイント136との間のファイバの長さであり、かかるファイバ長はリバース・スプライス140としても参照されうる。
【0042】
ファイバ長L6は、光集積回路のデュアル・チャンネル・インターフェースのノーマル・チャンネル178(つまり光集積回路120に接続するノーマルファイバーの端点)と、ノーマル接続ポイント131との間のファイバ長であり、かかるファイバ長は、ノーマル・スプライス145として参照される。
ファイバ長L1−L6は、方向ではなく大きさに関係があり、したがって、極性サインは長さに関係していない。
ファイバ長の関係は、表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】
論究目的のため、光集積回路120のデュアル・チャンネル(176、178)の一方から、光集積回路120のデュアル・チャンネル(176、178)の他方までの光路の長さ、ゆえに、内部コイル157、ノーマル及びリバースの継ぎ目145、140、並びに、ノーマル及びリバースのリード130、135を含めた長さを、ここに長さの合計と呼び、Ltotalとして表す。
長さは大きさを表すことができるが、Ltotalは大きさと方向を持っているベクトル量として表わすことにする。当業者は、光の波長及び/又はLtotalを計算する際に、スプール159の周囲の巻線の異なる回転方向を考慮する上で、数学上重要であることを認識するであろう。
【0045】
また、図1〜3に示されたシステムについては、方向はリバーサル150により考慮される。
光ファイバコイルの固有振動数は一般的にFeと表記されるが、当業者は固有振動数が適切な振動数としても言及され、Fpとして表記されることを知っている。したがって、ここに示した表記を使用すると、固有振動数は以下の方程式(1)によって計算することができる。
【0046】
【数1】
【0047】
方程式(1)で、Kは指定された光ファイバー中の光の速度に基づいた定数を表わす。また、殆どのファイバーのKに関する値は、例えば2.0×108メートル毎秒のオーダーである。前述したように、信号処理システム、受光器110又は他のコンポーネント若しくは必要装置が固有振動数を課することができるような実施の形態がありえる。
そのような実施のために、どこで、そこに、1つの、あらかじめ選ばれた、指定した、あるいはそうでなければ固有振動数を指定する、かかる既知の固有振動数の定数は目標固有振動数と呼ぶことができ、Ftgtとして表記することができる。
したがって、方程式(1)を用いると、目標固有振動数はLtgtと表記される目標経路に基づいて表わすことができ、そのような関係は方程式(2)によって表わされる。
【0048】
【数2】
【0049】
方程式(2)から、目標固有振動数は目標経路Ltgtを変更することにより、達成され、又は、得られる。Ltgtは構成要素の長さL1−L6の合計であるが、当業者はそれらの長さの内の幾つかが変更可能ではないということもまた認識するであろう。特に、L4は変更することができないであろう。なぜならば、いくつかの具体化の中で、内部コイル157を正確な次元に製造し、あるいは、提供し、また、エポキシを用いて固定したから、さらに、変更により、非能率的で望ましくないような解を要求することになるからである。
従って、変更可能な長さは、L1、L2、L3、L5及びL6を含むことができ、当業者は、ここに定義されるような様々な長さには相互関係があり、従って、1つの長さの変更が他の長さの修正を引き起こす場合があるということを認識するであろう。
【0050】
1つの実施の形態では、コイル155上のファイバーは削除することができる一方、超過ファイバーをピグテイルで提供することができる。この実施の形態においては、ピグテイル(145、140)及びコイル155の組合せは、希望する長さを提供することができ、他方で、ピグテイル部の中の余分な長さは、目標長さの必要事項を満たす長さの合計を達成するため、ピグテイル、リード130、135及び(又は)ファイバーを囲むことのファイバー長の縮小を通じて長さ調節を考慮に入れるか、あるいは接続ポイント131、136を含めるかにする。
【0051】
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、光ファイバジャイロスコープが、その回転に対して感度を示す規模要因をも含むことを認識するであろう。より高い規模要因に感度が増し、より低い規模要因により感度が低下する。従って、高い規模要因を備えた光ファイバジャイロスコープは、より低い規模要因を備えた光ファイバジャイロスコープよりも、小さな運動を検知することができる。
光ファイバジャイロスコープの規模要因は、光ファイバジャイロスコープの回転割合で割られた、2本の向かい合って回転する光線の位相変化として理解される。
方程式(3)は、規模要因Sfを数学的に示すものである。
【0052】
【数3】
【0053】
方程式(3)では、Ltotalは全てのファイバ部分の結合した長さで、D(1)はファイバ・コイルのインクリメントの長さの直径で、Zはコイル(A)の軸方向のユニット・ベクトルで、λは光源105から放たれる光の波長で、そしてCは真空中の光の速さである。
固有振動数の場合のように、規模要因は、予め指定することができる特定の値を持つことが要求され、光ファイバジャイロスコープの質を最大限にするために選択することができる。
従って、方程式(3)は方程式(4)として単純化して表現することができる。
【0054】
【数4】
【0055】
方程式(4)において、Lはファイバの有効な光の(ベクトル)長さで、Lは、順方向として知られているファイバ巻線の1つの方向に対する肯定的な値と、ファイバ巻線の、ここでは逆方向と呼んでいる、別の方向に対する負の値を持っている。逆方向中の巻線が減法に関係している一方で、順方向が追加に関係していることは、いくつかの具体例の中で確認できる。
方程式(4)に戻るが、Dはコイル部材におけるファイバの直径を意味し、分子を有する商として、コイル部材におけるファイバーの合計間の違いおよび締結部におけるファイバーとして、さらには分母として、Πとして一般的に表わされて知られているとともにコイル上に巻かれる多くの製品として、表現することができる。
【0056】
指定された規模要因については、方程式(4)の同等の右辺は一定であり、また、左辺はDTgtおよび希望の長さLTgtの合計として表わされて、希望の平均径間の製品を示すために了解される場合がある。
構成要素の長さ(L1−L6)の指向性及びリバーサル150でのファイバーの影響を無視することにより、方程式(4)の左辺は次の式(5)のように書き直すことができる。
【0057】
【数5】
【0058】
方程式(5)において、Doutは内部コイル巻線の全体の外部の直径で、ここでdは内部コイル幾何学および製造の許容範囲に基づいているものであり、内部コイル157を構成するファイバの増加分の有効な平均径を表わす。
当業者は、一定範囲の中でこれらの許容を提供することができ、光ファイバジャイロスコープの特定の用途によって指定できることを認識する。
方程式(5)は、変更可能な前方及び逆方向の要素をグループ化することで、以下の式(6)のように変形できる。
【0059】
【数6】
【0060】
従って、Lplusは順方向の長さの合計で、Lminusは逆方向の長さの合計である。LplusとLminusの条項は、望まれるような適切なコイル部分長さの変更によりFOG感度の変更を許容する。
方程式(1)に戻り、測定された固有振動数FmeasuredはLtotalの機能として表現することができ、Ltotalは更に目標長Ltgt及び超過長Lexcessの機能として表現することができる。
【0061】
【数7】
【0062】
【数8】
【0063】
Lexcessの点から方程式(8)を整理し、変形された方程式(8)に方程式(7)及び(2)から導かれたKとLtgtを各々代入して整理すると、次の式(9)のようになる。
【0064】
【数9】
【0065】
方程式(9)は、方程式(6)からのLplusとLminusを代入するために、さらに変形し、LplusとLminusの点から以下の式(10)、(11)のように整理することができる。
【0066】
【数10】
【0067】
【数11】
【0068】
Ltgtについて方程式(8)を整理し、方程式(6)へ代入すると、方程式(12)となる。その一方で方程式(12)を、LplusとLminusの差を基準に、変形すると、次のような方程式(13)を得る。
【0069】
方程式(11)と(13)を連立させて解くと、以下の式(14)、(15)になる。
【0070】
方程式(14)と(15)に基づくと、光ファイバジャイロスコープは1つの指定した、又は望んだ規模要因及び/又は固有振動数を得るために、直径Dに加え、LplusとLminusの値を決定し、Lplusの中の可変的長さの組合せ及び/又はLminusの中の可変的長さの組合せを修正することにより、構築することができる。
【0071】
図2は、予め組み立てられたコンポーネントで指定された基準を満たすために、ここに提供される関係を用いて、光ファイバジャイロスコープを製造する方法及びシステムを示すものである。
図2が示すにように、ピグテイルあるいはノーマル又はリバース継ぎ目145、140はコイル155やIOC120への付着で結合処理される(ステップ305)。前述したように、幾つかの実施の形態ではコイル155は、そこから延びる1つ目と2つ目の導線130、135を有する予め製造された部品を含むことができる。
【0072】
ピグテイル145、140がコイル155に、一旦繋がれるかあるいは305に取り付けられると、当業者に知られた処理を利用することで部材の固有振動数Fmeasuredが測定される(ステップ310)。
例えば、光学の時間領域反射率測定(OTDR)は、固有振動数がファイバー・コイルを横断する光のための時間に反比例してデュアル・チャンネルIOCのインターフェース176、178の一方の端から測定されるようなコイル/ピグテイル部材の長さを進む光のために、往復の時間を測定することができる。当業者はここに提供される方法とシステムが固有振動数を測定する方法に制限されないことを認識するであろう。
【0073】
一旦固有振動数が測定されると(ステップ310)、光ファイバジャイロスコープの超過長が決定される(ステップ315)。一つの実施の形態では、Lexcessはノーマルとリバースの継ぎ目145、140(例えば、L5とL6それぞれ)の長さを測定することよって決定され、また例えば方程式(2)を使って固有周波数あるいは既知の方法から計算してLTotalLTGTを得るために製造者の報告するコイルの長さ(つまりL1+L2+L3+L4)を加えることによって決定される。Lexcessは、その後、例えば、ここに提供した方程式(7)及び(8)を使って計算される(ステップ315)。
【0074】
当業者は、方法とシステムがLexcessを計算するためのプロセスと方法によって限定されないことを認識するであろうし、また、Lexcessは当該方法とシステムを用いない他の技術を使用して計算することも可能である。
Lexcessが0を超えるものであるとすると、先にここに提供されたもの、すなわち、L1、L2、L3、L5及び/又はL6に代替し得る1つないしそれ以上の長さの構成要素から、超過したファイバを取り除くことで、ファイバの長さの合計を調整することができる(ステップ320)。
【0075】
一つの実施の形態では、超過ファイバは、超過分の約半分を両方の区分から取り除くような具合で、ノーマルとリバースのファイバ区分から等量を取り除くことができる。
当業者は、超過ファイバが継ぎ目145、140及び/又は導線130、135から取り除かれうることを認識するであろう。
さらに、ノーマル・リバースの導線及び/又は継ぎ目の長さは、可変的であるということを理解することができ、また、幾つかの具体例では、例えばそれぞれの継ぎ目及び/又は導線部分におけるファイバの長さを変えること、可能ならばおよそ30センチメートルだけ例えばファイバーの取り扱いの容易さ及び導線又は継ぎ目の識別のためにファイバの長さを変えることが望ましいということもありえる。
【0076】
あるいは、Lexcessが0未満である場合、ファイバは希望の長さの合計を達成するために追加調整されうる(ステップ320)。したがって、一例としては、ファイバは継ぎ目145、140と導線130、135との間で付け加えることができる。別の例としては、継ぎ目145、140を取り除き、より長い継ぎ目と取り替えることもできる。
幾つかの具体化では、コイル155を廃棄し、新しいコイルを選択することができる。
ファイバーを付け足す性能は、コンポーネントファイバ長L1−L6、継ぎ目145、140の位置、光ファイバジャイロスコープに特有の他の特性、及び当業者の理解に依存するものである。
【0077】
いくつかの実施の形態では、固有振動数の再測定(ステップ310)及び長さの再調整(ステップ315)が、必要に応じて1度又はそれ以上の回数行われる。一旦ファイバが調整されたならば(ステップ320)、所望の規模要因を得るためにコイル部材における非内部のコイル部分を如何に巻くべきかを決定するために、計算が実行される。
特に、コイル部材の非内部のコイル部分は、コイル部材の希望の平均直径DTgtを得るために、巻き戻すことができる。
【0078】
幾つかの実施形態においては、長さL1は、たとえば方程式(6)について、所望の規模要因に適当なLPlusとLMinusを得るために選択される。
この代数操作は、L1と他の長さの関連性のために方程式(14)および(15)に同時に解を与えることができる。特に、前述したように、リバーサル150の位置は、L1とL2の長さに影響するのと同様、LMinusとLPlusに同時に影響する。したがって、巻戻しプロセスは平均直径DTgtを変えることにより、規模要因の増加あるいは減少の何れかをすることができる。
【0079】
当業者は、長さの調整が近似かもしれないこと、また、LMinusとLPlusの長さの合計が正確には計算されず、あるいは方程式(14及び15)によって得られないことを認識するであろう。
当業者は、固有振動数に関係する典型的な平均的光学直径範囲が存在することを認識するであろう。従って、最大と最小の平均的光学直径がありえて、これは光学の平均径、D、最小と最大の間の範囲内に所望の固有周波数を受け入れ可能なことを意味する。
【0080】
いくつかの実施の形態では、巻線方針に基づいて(ステップ325)、非内部コイル・ファイバーは内部コイル157上に巻き戻される(ステップ335)。リバーサル150を形成するファイバーもまた、巻かれ、ねじれがあるかチェックされる。
もし、ピグテイル145、140が光集積回路120或いは導線130、135に繋がれていないとすると、そのピグテイル145、140は導線130、135および光集積回路120に結合される(ステップ340)。
結合部125もまた、たとえばエポキシでピグテイルを保護することによって、より早く、形成される(ステップ345)。
【0081】
一例では、結合部125は20センチメートルである。結合部125は光集積回路に結合される(ステップ340)よりも前に、形成される(ステップ345)。具体例では、L1の長さにおけるミスは巻き直し過程、ステップ335、340、345によって引き起こされるため、リバーサル150は再度巻き直した後に(ステップ335)、及び/又は光集積回路に結合されるよりも後に(ステップ340)、結合部を作るよりも後に(ステップ345)調節されうる。
従って、光ファイバジャイロスコープは所望の固有振動数に適合させるためにテストされ、また、その結果に基づいてより細かく調整される。
【0082】
その方法と装置の可能性のある1つの利点は、所望の固有振動数或いは規模要因が公開された方法ないしシステムを使っ達成されることにある。これまで述べてきたことは、光ファイバを巻くための方法ないしシステムである。
実施の形態では、当該方法とシステムは光ファイバジャイロスコープを所望の固有振動数及び/又は規模要因に合わせるために使用することができる。
光ファイバジャイロスコープ部材は、ノーマルとリバースのブレークアウトポイントを有する内部コイル、そこから出るノーマルとリバースの導線、及びノーマルとリバースの接続点に繋がれるノーマルとリバースの継ぎ目を含む。
【0083】
そのコイルは、リバーサルを含ましめるために何重にも巻かれる。リバーサルでは、ファイバのリバース部がスプール上に巻かれた方向に向きを変える。ファイバの長さは、所望の固有振動数に基づいて調整される。
更には、規模要因に基づいてフォワード(プラス)とリバース(マイナス)ファイバの長さが計算され、ノーマルとリバースのスプライス、ノーマルとリバースの接続点、ノーマルとリバースのリード、ノーマルとリバースのブレークアウトポイント、及びリーバサルの終点までによって定義される所の幾つかの長さのうちの少なくとも一つの長さが規模要因及び/又は固有振動数を新たに得るべく調整される。
リバーサルの位置は調整され、他の長さも同様に、計算されたプラスとマイナスの長さに基づいて調整される。幾つかの調整、測定及び/又は計算は繰り返し実行される。
【0084】
ここに示した方法及びシステムは、特別のハードウェア又はソフトウェアの構成に制限されず、種々のコンピューティング又はプロセシング環境に適用され得るものである。当該方法とシステムはハードウェア若しくはソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアのコンビネーションの中で実行することができる。
当該方法とシステムは、プロセッサとプロセッサによって読み取り可能な記憶媒体(一時記憶メモリ、非一時記憶メモリ、記憶装置の要素を含む)とを含んだ1つ若しくはそれ以上のプログラム可能なコンピュータ上で機能する1つ若しくはそれ以上のコンピュータプログラム、1つ若しくはそれ以上の入力装置、及び、1つ若しくはそれ以上の出力装置において、実行することができる。
【0085】
コンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システムと通信するために1つ以上の高度な手続的又はオブジェクト指向的プログラミング言語を使用してむしろ実行される。
もっとも、望むならばプログラムはアセンブリ又はコンピュータ言語で実行することもできる。言語は、コンパイルされ又は解釈される。
コンピュータ・プログラムは、記憶する媒体若しくは装置がここに記述された手続きを行なうためにコンピュータによって読まれる場合、コンピュータを形成し操作するための一般的特殊目的プログラム可能なコンピューターによって判読可能な、記憶する媒体若しくは装置(例えば、CD−ROM、ハードディスク、磁気ディスク)上に格納することができる。当該システムは、また予め定められた方法で作動するコンピュータに適用される記憶媒体に格納され、コンピュータプログラムで形成されて、コンピュータが読める記憶媒体を使用して実行することができる。
【0086】
当該方法とシステムは、それらの特定の実施の形態に相関的であると説明したが、それらはそのようには制限されない。
明らかに、多くの修正や変化が上記の教えに照らして明白になるかもしれない。例えば、ここに提供されたように、いくつかの実施の形態においては、内部コイルを固定し巻き戻すことができないが、他の実施の形態においては、内部コイルはエポキシされないかもしれないし、そうでなければ固定されないかもしれない。それがために、内部コイルは所望の長さ及び/又は規模要因を達成するために、再巻線プロセスの間に変更することができるかもしれない。
【0087】
図示した実施の形態は、スプールの周囲への光ファイバーコイルの巻きつけを含んでいたが、当業者は示された方法及びシステムのためにスプールが光ファイバー巻線をサポートすることができる如何なる形のどのような物体も含むものと理解されることを、認識するであろう。
ここに示した素材や部品の構成など、詳細な部分に関する多くの置換は、技術を有する者にとっては可能である。したがって、本願発明の請求項はここに示した実施の形態に制限されるべきでなく、特に記述した実施の形態以外のものをも含むことができ、法の下に許される範囲で広く解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の部分的に包まれた光ファイバジャイロスコープを備えたシステムを示す図である。
【図2】光ファイバジャイロスコープのための逆転ループを示す図である。
【図3】何重にも巻かれた光ファイバジャイロスコープを示す図である。
【図4】特別の固有振動数及び規模要因を備えた光ファイバジャイロスコープを組み立てるためのフローチャートである。
【符号の説明】
【0089】
100 光ファイバジャイロスコープシステム
105 光源
110 受光器
115 結合器
120 光集積回路
150 リバーサル
155 コイル
157 内部コイル
170 光ファイバー
180、175 光ファイバー
210、215 ブレークアウトポイント
【0001】
本発明は、光ファイバの巻き方に一般的に係わり、特に、固有振動数及び/又は規模要因に基づいて光ファイバを巻くシステム及びその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバジャイロスコープ(FOG)は、この数十年間で、基礎研究の分野から実用分野へと発展してきた。光ファイバジャイロスコープは、ナビゲーションシステムや安定化プラットフォーム等を含め、多くの用途で利用することができる。
光ファイバジャイロスコープの慣性回転運動を検出するための動作原理は、機械的というよりも寧ろ、光学的である。光ファイバジャイロスコープは、光ファイバコイルがその軸の周囲を回転する際の光路の相対的増加を検出することを目的とするもので、有名なサニャク効果を応用するものである。
【0003】
そこで、2本の光線に分割され、ループをそれぞれ反対方向へ周り、受光器へ向かうこととなるような1本の光線について考えることにする。理論上は、2本の光線は等しい距離を進み、同時期にかつ同位相で受光器に到達する。サニャク効果は、全ての装置又はループが回転していれば、回転方向に進行する光線がその逆方向に移動する光線よりさらに進行するということを示すもので、この効果により、光線は異時に位相が異なって受光器に到着することとなり、測定可能な光の干渉縞が生じる。したがって、光路の長さと光の巻線の直径とが、光ファイバジャイロスコープの精度を決定することになる。
【0004】
一般に、光ファイバジャイロスコープは、適所に光ファイバケーブルを保持する多くの折り返しがあって全体的に循環的な形状のスプールに、光ファイバケーブルを巻きつけることにより構築することができる。前述したとおり、光は光ファイバケーブルの両端へ伝播し、受光器や他のセンサがそこから出てくる光を記録する。出射された光波間の干渉縞は、光ファイバケーブルによって形成された環を通して、平面の中で光ファイバジャイロスコープの回転運動の変化を示す。
このような光ファイバの巻き方に関する従来技術としては、以下の文献に記載のものが知られている。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−37764号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
光ファイバジャイロスコープは、特定の周波数若しくは伝播時間、あるいはコイルと他のファイバ・パラメータに基づく固有振動数によって、製造することができる。従って、固有振動数は光ファイバコイルを通過する伝播時間に反比例するものと解される。なぜならば、固有振動数及び伝播時間はファイバのコア直径、コイルの長さ及び幾何学要素の変化によって影響を受けるところ、特定の及び/又は事前に決定した固有振動数(すなわち、伝播時間)に合わせて光ファイバジャイロスコープを巻くことが難しくなってしまっていた。
光ファイバジャイロスコープの動作上の周波数はコイルの長さにほぼ対応するものの、この関係は正確ではなく、また、単にこの唯一の関係に反する光ファイバジャイロスコープの巻線技術は、所望の固有振動数について、一貫せず、不正確な結果を提供する光ファイバジャイロスコープの製造方法論を引き起こしている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
ここに開示した方法及びシステムには、固有振動数及び/又は規模要因に合わせるための光ファイバの巻き方が含まれている。1つの実施形態では、当該方法及びシステムは光ファイバジャイロスコープ(FOG)を固有振動数に合わせる目的で利用することができる。
光ファイバジャイロスコープの実施形態においては、光ファイバーコイルの構成部品はノーマルの端とリバースの端、ノーマルのブレークアウトポイントとリバースのブレークアウトポイント、これらノーマルとリバースのブレークアウトポイントからノーマルとリバースのファイバの端に向かって延びるノーマル導線とリバース導線、及びノーマルとリバースの接合点を、ノーマル若しくはリバースの導線又はノーマル若しくはリバースの端の内の少なくとも1つのに結びつけるノーマルとリバースの接続点を含んでいる。
【0008】
ノーマルとリバースの接合は、締結部を形成する例えばエポキシ樹脂によって固定される。
光ファイバコイルは、スプールの周囲で、ノーマルブレークアウトポイントとリバースブレークアウトポイントの間に包まれており、かかる部所は内部コイルとして知られている。
ノーマルとリバースのブレークアウトポイントから、締結部のノーマルとリバースの端までの、光ファイバコイルもまた、リバース継ぎ目、リバース接続点、又はリバース導線の内の1つのリバーサル包みを生じさせるために継ぎ目の周囲に包まれている。
【0009】
ノーマルとリバースの継ぎ目及び/又は導線は、所望の固有振動数に基づいた長さを供与するために、調整することができる。その長さは、長くも短くもなる。さらに、1セットの長さが構築される。
例えば、1つ目の長さはリバーサルとリバースブレークアウトポイントの間、2つ目の長さはリバーサルとリバース接続点の間、3つ目の長さはノーマル接続点とノーマルブレークアウトポイントの間、4つめの長さはノーマルブレークアウトポイントとリバースブレークアウトポイントとの間(「内部コイル」)、5つ目の長さはリバースの端とリバースの接続点の間、及び6つめの長さはノーマルの端とノーマルの接続点の間で提供することができる。
【0010】
この1セットの長さを、さらに、継ぎ目の周囲の巻き線の方向に基づいて、「プラス」若しくは「フォワード」の長さ、又は「マイナス」若しくは「リバース」の長さとして分類することができる。
1つの実施形態においては、1つ目、3つ目及び6つ目の長さは「プラス」で(全て同じ方向)であり、他方、2つ目と5つ目の長さは「マイナス」となる(全て同じ方向で、プラス方向の逆)。
【0011】
1つの実施形態においては、4つ目の長さは調整することができない。したがって、余剰の長さに基づき、測定された固有振動数、所望の固有振動数、第4の長さ、内部コイルの外部直径、内部コイルの有効平均直径、所望のプラスとマイナスの長さが計算される。
プラスとマイナスの長さ、すなわち、1、3、6、及び、2、5の長さに貢献している長さのうち1つ以上の長さは、それぞれ、所望のプラスとマイナスの長さを得るために調整される。さらに、リバーサルが調整される。
他の目的および利点は、明細書と図面を考慮することで明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の全面的理解を提供するべく、図面を用いた具体的な実施の形態をここに示す。尤も、他の適当な出願においてシステム及び方法を提供するために、ここに記されたシステム及び方法が適用又は修正されうるということ、及び他の追加及び修正が、ここに記されたシステム及び方法を用いた範囲を基礎とすることなく成し得るものであるということは、当業者によって理解され得るものである。
【0013】
別段の定めがない限り、図面を用いた実施の形態は、ある具体例の詳細を変える典型的特徴の提供として理解されうるものであり、それ故に、特徴、コンポーネント、モジュール又は図面の様相は違った態様で、組み合わされ、分離され、差し替えられ又は当該システム又は方法を基礎とすることなく再構成されうるものである。
【0014】
ここに示すシステム及び方法は、付与の固有振動数及び/又は規模要因のために光ファイバーを巻くことに使用することができる。当該方法及びシステムは、付与される固有振動数及び/又は規模要因に対応して光ファイバーを巻くための如何なるアプリケーションにも使用することができるが、図示した実施の形態は光ファイバジャイロスコープ(FOG)を調整するための一例を提供するものである。
【0015】
一般に、光ファイバジャイロスコープは、これに、予め選択したり指定したりした周波数で機能することを要求するアプリケーションなどで使用することができる。高精度光ファイバジャイロスコープは、固有振動数として知られている与えられた周波数でオペレーションを提供し、維持することを試みるものである。
【0016】
固有振動数は、光ファイバジャイロスコープコイルを通過する光の伝播時間に反比例するものと解することができる。なぜならば、伝播時間、従ってまた固有振動数は、コイルの長さ、コイルの直径及び他の要因から影響を受けうるため、事前に定めたり、指定した固有振動数で機能する光ファイバジャイロスコープを製造することが難しいからである。
開示するシステム及び方法は、予め選択した固有振動数に光ファイバジャイロスコープを調整するシステム及び方法を提供するものである。
【0017】
図1は、光ファイバジャイロスコープを使用するシステム100の1つの実施の形態を示すものである。
図示した光ファイバジャイロスコープシステム100は、光源105、光源105を結合器115に接続する光ファイバー170及び受光器110を結合器115に接続する光ファイバー180を含むものである。別の光ファイバー175は、結合器115を光集積回路120に接続する。当業者は光集積回路120が、例えば偏光子を含むことができることを認識するであろう。
【0018】
図1のシステム100の一実施の形態においては、光源105としては「Superlum model 361」という商標で登録されて商業的に製造されているような赤外発光ダイオード(SLD)を用いることができる。結合器115としては、例えばユニバーサル・パート・コードが「788 02513625PM」又はカタログ・パートが「WX−502−351−00E1−001」であるトーマスアンドベット社から入手可能な光結合器やカリフォルニアのウエーブオプテイカル・オブ・マウンティンビュー社から入手可能な光結合器を含め、広く光結合器を利用することができる。
さらに、IOC120は光集積回路によって構築でき、それは原子核又はイオン注入ニオブ酸リチウム(LiNbO3)又はその他の新しい誘電性の基板から構成される。そして、当該回路は光の波形の調整及びその波形の分割などを含んだ特徴を有するものである。
【0019】
図1の実施の形態におけるシステム100では、光集積回路120は1つ目の単一インターフェースチャンネルを使用して結合器115に接続することができ、他方で光集積回路120はまた、別の2つ目のデュアル・チャンネル・インターフェース176、178を維持することができる。
図示した光集積回路120のデュアル・チャンネル・インターフェース178、176はそれぞれ2つの光ファイバセグメント145、140の最初の端部に接続することができる。2つの光ファイバセグメント145、140はそれぞれ、第2の端部で接続点131、136を通して光ファイバコイル155から延びる1つ目のリード130及び2つ目のリード135に接続することができる。
その2つの光ファイバセグメント145、140は、ここでは1つ目と2つ目の継ぎ目145、140として参照される。
【0020】
いくつかの実施の形態では、ファイバ接続145、140は「ノーマル」と「リバース」の指定をここに於けると同様に任意に選択することができる場合、「ノーマル」と「リバース」のファイバ接続として参照される。
したがって、図示したコイル155(図3を参照)は内部コイル157を含むものとして理解され、内部コイル157は多くの光ファイバーのターン(曲り目、回転)であり、例えばいくつかの実施の形態ではエポキシされているかそうでなければ固定されている。他方で、当業者はかかる実施の形態で示した方法及びシステムは本発明を制限するものではないことを認識するであろう。
【0021】
いくつかの実施の形態では、内部コイル157は固定された数のターンと伸長をいずれかの端部に有する予め巻きつけられたコイルを含むものとして理解される。伸長は、ここでは1つ目と2つ目の導線130、135として理解される。内部コイル又は予め巻きつけられたコイル157の終端における点は、ブレークアウトポイント210、215としてそれぞれ関係する(さらに図2参照)。
同様に、ブレークアウトポイント210、215の間のファイバーは、内部コイル157として関連することが理解される。また、ブレークアウトポイント210、215と接続ポイント131、136との間のファイバーは、1つ目と2つ目の導線130、135として理解される。
【0022】
ここに提供されるように、内部コイル157から延び、ゆえに内部コイル157から外向きにブレークアウトポイント210、215を通って延びる、1つ目と2つ目の導線130、135は、内部コイル157上に固定されるか或いは位置するようなファイバの方向と、同一若しくは反対の方向に向かう形で、内部コイルないし予め巻きつけられたコイル157上に更に巻きつけられる。
したがって、ここに提供されるように、「ノーマル」と「リバース」という用語は、スプール159又は内部コイル157が包まれている他の装置若しくは構造の周囲の内部コイル157に沿って伝播する光の方向を示すために理解される場合があり、光は内部コイル157へそれぞれの継ぎ目145、140から供給される。
【0023】
「ノーマル」と「リバース」の光の伝播の指定は任意である。それぞれの継ぎ目145、140は、このように、「ノーマル」と「リバース」の所望の配置に基づいた継ぎ目として関連する。
論究目的のために、ここに「リバース」という用語は、さらに以下に詳述されるようにリバーサル150を含む(1つのブレークアウトポイントと光集積回路120の間の)ファイバを示したり特定したりするために、継ぎ目145、140、導線130、135、ブレークアウトポイント210、215及び接続ポイント131、136を変更するものとして理解される。
【0024】
さらに、「ノーマル」という用語は、リバーサル150を含まない(もう1つのブレークアウトポイントと光集積回路120の間の)ファイバを指定する用語を変更するものとして理解される。
図示したノーマルとリバースの継ぎ目145、140は、締結部125と呼ばれる部を含んでいる。図示した締結部125では、その2つのファイバ継ぎ目が機械的強度と物理的に2つの継ぎ目145、140又はその端部を確実にするように、例えばエポキシ樹脂を使用して固定される。
【0025】
このような方法で2つの継ぎ目145、140に物理的固定性を付与することにより、それぞれの締結部を通る光路の相違は、締結部125で1個の継ぎ目(ノーマルとリバース)に影響を与える物理的ないし他の効果として無視できるものと解することができる。また、締結部125において他の継ぎ目に影響を与えるものとして理解することができる。
図1に示されるように、締結部125は光集積回路120からポイント210Aと210Bまで拡張することができる。
【0026】
論究目的のために、締結部125を含み、時には光集積回路120との結合において、ノーマルとリバースの継ぎ目145、140(すなわち、接続ポイント131、136から光集積回路120まで)をピグテイルと呼ぶことにする。
ピグテイル145、140及び第1と第2のリード130、135は内部コイル157に巻くことができるので、当業者は図示された実施の形態により、2つの継ぎ目145、140及び第1・第2のリード部130、135を含む2つのファイバを内部コイルの周りに同一方向で一緒に包むことができると分かるであろう。
【0027】
これは、内部コイル157を包む単一のコイルと対比することができる。したがって、ブレークアウトポイント210、215からの見通し及びIOC120に目を向けることにより、第1及び第2のリード130、135(及び/又はピグテイル145、140)は内部コイル157の周囲に同じ方向でそれぞれ互いに巻かれることが理解される。
交互に、ブレークアウトポイント210、215からの見通し及び内部コイル157に目を向けた場合、2つのファイバは内部コイル157の巻取の中で違った方向に包まれていることを、それぞれ互いに見ることができる。
さらに詳しくは、ブレークアウトポイント210、215のうちの1つあるいは近傍では、内部コイル157の単一の包みから第1/第2リード130、135の部署あるいはピグテイル145・140の部署の2重の包みまで移行するとともに、第1、第2リード130、135のうちの1つの方向に逆転することがある。この逆転部150は、以下リバーサルとして認識される。
【0028】
図2は、コイルを巻き、内部コイル157を生成するための、1つの実施の形態を示すものである。
図2の実施の形態では、図1で示されたようにコイル155の拡大された表示又は部分がある。示されるように、図2は1番目および2番目の各リード130、135についてのそれぞれのブレークアウトポイント210、215及び前述したリバーサル部150を明示する。リバーサル部150では、先述したように、リードの内の1つは、シングル巻きから二重巻き部への推移のために、その方向を変えている。
【0029】
さらに以前に述べたように、リード/接続ポイント/ピグテイルなどの方向を変更し、リバーサル150を含むようなものは、リバース導線と任意に呼ぶことができ、従って残りのリードを以下ではデフォルトによりノーマル導線として呼ぶことができる。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、内部コイル157のファイバが1つの端を固定し最初の方角にファイバをくるむことにより巻かれる場合、反対方向への回転によってファイバ・コイルが解かれることを認識するであろう。したがって、図2の実施の形態は、ファイバのループがループのそれぞれの端部がほぼ希望のブレークアウトポイント210、215に相当するようなものを供給することができるような選択的巻線技術を示すものである。
【0030】
これらの2つの端部は、最初に継ぎ目159に置くことができ、また、ループは前述した単一の巻線技術の問題を緩和するために、継ぎ目159上に繰り返し置くことができる。
したがって、ここに提供され、図2によって示されるような巻線技術を用いることで、1番目と2番目の導線130、135は、その後に続いて位置する内部コイル157巻線によって安全なものとなる。
【0031】
図2が示すように、内部コイル157は、ブレークアウトポイント210、215がそれぞれ内部コイル157から生じるように捉えられまたは視覚的に表されるように、1番目と2番目の導線130、135上に巻くことができる。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、ここに提供される方法とシステムが当該巻線技術に制限されず、他の巻線技術を利用することが可能であることを認識するであろう。
【0032】
図2は、さらに、リバーサル150を以下のように示す。
すなわち、2つの光路は、スプール159の周りを同一方向に回りながら、また、リバーサル150にまで広がりながら、ピグテイル145・150及び第1と第2の導線130・135を通って、光集積回路(IOC)から入っていくけれども、光が内部コイル157に沿って移動するように、光の(明かりの)経路のうちの一つは(つまりリバース導線)、スプール159についての回転を変える。
【0033】
前述したように、この方向転換は光ファイバジャイロスコープの固有振動数、その測定、及び他の光ファイバジャイロスコープ測定に影響する場合がある。
いくつかの実施の形態では、1番目と2番目の導線130、135は、光ファイバジャイロスコープの固有振動数に基づいて予見され選択された希望通りの長さ以上に、意図的に切り取ったり、そうでなければ短くすることができる。
したがって、各ノーマル・リバースの継ぎ目145、140は、第1と第2の導線130、135に供給する必要のある長さ不足を補うことができる。
【0034】
図3を参照すると、スプール159上に巻かれた内部コイル157があり、さらに、ピグテイル部がスプール159を包んでいることを示す図がある。
図1に戻って参照してみると、当業者は固有振動数(光ファイバジャイロスコープはそれで作動する予定である)として知られている周波数で、光源105が光波を放射することを認識するであろう。
【0035】
光波は、ファイバ170を通って結合器115に伝播する。結合器115は、約50パーセントの光波がノーマルとリバースの継ぎ目145・140をそれぞれ通るような形で光波を分割する光集積回路120に、光波を運ぶ。
いくつかの実施の形態では、光集積回路120はそれぞれの光波を変位させることができる。例えば、1つの実施の形態ではノーマルとリバースの継ぎ目145、140に伝播される前に、一方の光波をΠ/2ラジアンだけ変位させ、他方の光波をΠ/2ラジアンだけ変位させることができる。
【0036】
ノーマル継ぎ目が145によって示されるところの実施の形態においては、光波はノーマル継ぎ目145を通り、接続131を通り、1つ目の導線(そうでなければ正ノーマル導線と呼ばれた)130まで辿り着き、ゆえに、内部コイル157まで伝播することができる。
内部コイル157を横断した後、光波は内部コイル157を離れ、2つ目の導線(そうでなければリバース導線と呼ばれる)135の一部であるリバーサル150を超えながら、スプール159の周りを回転する方向で逆になり、接続部136を横切り、リバーススプライス140を横断し、そして光集積回路120によって受け止められる。
【0037】
同様に、幾つかの実施の形態においては、同時に、光波は、リバース継ぎ目140、接続部136、そしてスプール159のところで1つの回転方向を有するリバース135を通ることで、光集積回路120から伝播される。
そのような光波は、その後リバーサル150を横断して、その後内部コイル157に入る前に、スプール159の所でその回転方向を変える。この光波は、内部コイル157を通り、続いてノーマル導線130、接続部131、ノーマル継ぎ目145を通り、それから光集積回路120へ至る。したがって、1つの継ぎ目145、140に沿って光集積回路120から内部スプールへと伝播する光波は、他の継ぎ目145、140を経由して、光集積回路120に戻る。
【0038】
光集積回路120は2つの受信した光波を再結合し、ファイバ175を通して結合部115へ再結合した光波を向けることができる。
いくつかの実施の形態では、光集積回路120は受信光の位相を変位させることができる。結合器115は光集積回路120から受信した光の約半分を、受信した光の位相に基づいて軸161に関するコイル部材の相対的な回転を指図することができる受光器110へ向けることができる。
当業者は、例えば信号処理システムやユニットを含むことができる他の回路類又はシステムへ、受光器出力を入力することができることを認識するであろう。
【0039】
ここに示されるように、光ファイバジャイロスコープは固有振動数に関係している。さらに、受光器110または信号処理システムによって所望の固有振動数値を提供することができるが、多くの実例では、固有振動数の決定は構築された後に行われる。
ゆえに、希望の固有振動数を達成するために修正するか調節することのできる、コイル155及びピグテイル・アッセンブリ・コンビネーション145、140を提供することが望ましい。
【0040】
ここで、幾つかの変数を、図1、2及び図3に関して記述された用語を参照しながら記述するものとする。
ファイバ長L1は、リバースブレークアウトポイント215(リバースリード上の)とリバーサル150との間のファイバの長さである。
ファイバ長L2は、リバーサル150とリバース接続ポイント136との間のファイバの長さである。
ファイバ長L3は、ノーマル接続ポイント131とノーマルブレークアウトポイント210との間のファイバの長さである。
【0041】
ファイバ長L4は、ノーマルブレークアウトポイント210とリバースブレークアウトポイント215との間のファイバの長さであり、かかるファイバの長さは内部コイル157としても定義されうる。
ファイバ長L5は、光集積回路のデュアル・チャンネル・インターフェースのリバース・チャネル176(つまり光集積回路120に接続するリバースファイバーの端点)と、リバース接続ポイント136との間のファイバの長さであり、かかるファイバ長はリバース・スプライス140としても参照されうる。
【0042】
ファイバ長L6は、光集積回路のデュアル・チャンネル・インターフェースのノーマル・チャンネル178(つまり光集積回路120に接続するノーマルファイバーの端点)と、ノーマル接続ポイント131との間のファイバ長であり、かかるファイバ長は、ノーマル・スプライス145として参照される。
ファイバ長L1−L6は、方向ではなく大きさに関係があり、したがって、極性サインは長さに関係していない。
ファイバ長の関係は、表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】
論究目的のため、光集積回路120のデュアル・チャンネル(176、178)の一方から、光集積回路120のデュアル・チャンネル(176、178)の他方までの光路の長さ、ゆえに、内部コイル157、ノーマル及びリバースの継ぎ目145、140、並びに、ノーマル及びリバースのリード130、135を含めた長さを、ここに長さの合計と呼び、Ltotalとして表す。
長さは大きさを表すことができるが、Ltotalは大きさと方向を持っているベクトル量として表わすことにする。当業者は、光の波長及び/又はLtotalを計算する際に、スプール159の周囲の巻線の異なる回転方向を考慮する上で、数学上重要であることを認識するであろう。
【0045】
また、図1〜3に示されたシステムについては、方向はリバーサル150により考慮される。
光ファイバコイルの固有振動数は一般的にFeと表記されるが、当業者は固有振動数が適切な振動数としても言及され、Fpとして表記されることを知っている。したがって、ここに示した表記を使用すると、固有振動数は以下の方程式(1)によって計算することができる。
【0046】
【数1】
【0047】
方程式(1)で、Kは指定された光ファイバー中の光の速度に基づいた定数を表わす。また、殆どのファイバーのKに関する値は、例えば2.0×108メートル毎秒のオーダーである。前述したように、信号処理システム、受光器110又は他のコンポーネント若しくは必要装置が固有振動数を課することができるような実施の形態がありえる。
そのような実施のために、どこで、そこに、1つの、あらかじめ選ばれた、指定した、あるいはそうでなければ固有振動数を指定する、かかる既知の固有振動数の定数は目標固有振動数と呼ぶことができ、Ftgtとして表記することができる。
したがって、方程式(1)を用いると、目標固有振動数はLtgtと表記される目標経路に基づいて表わすことができ、そのような関係は方程式(2)によって表わされる。
【0048】
【数2】
【0049】
方程式(2)から、目標固有振動数は目標経路Ltgtを変更することにより、達成され、又は、得られる。Ltgtは構成要素の長さL1−L6の合計であるが、当業者はそれらの長さの内の幾つかが変更可能ではないということもまた認識するであろう。特に、L4は変更することができないであろう。なぜならば、いくつかの具体化の中で、内部コイル157を正確な次元に製造し、あるいは、提供し、また、エポキシを用いて固定したから、さらに、変更により、非能率的で望ましくないような解を要求することになるからである。
従って、変更可能な長さは、L1、L2、L3、L5及びL6を含むことができ、当業者は、ここに定義されるような様々な長さには相互関係があり、従って、1つの長さの変更が他の長さの修正を引き起こす場合があるということを認識するであろう。
【0050】
1つの実施の形態では、コイル155上のファイバーは削除することができる一方、超過ファイバーをピグテイルで提供することができる。この実施の形態においては、ピグテイル(145、140)及びコイル155の組合せは、希望する長さを提供することができ、他方で、ピグテイル部の中の余分な長さは、目標長さの必要事項を満たす長さの合計を達成するため、ピグテイル、リード130、135及び(又は)ファイバーを囲むことのファイバー長の縮小を通じて長さ調節を考慮に入れるか、あるいは接続ポイント131、136を含めるかにする。
【0051】
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、光ファイバジャイロスコープが、その回転に対して感度を示す規模要因をも含むことを認識するであろう。より高い規模要因に感度が増し、より低い規模要因により感度が低下する。従って、高い規模要因を備えた光ファイバジャイロスコープは、より低い規模要因を備えた光ファイバジャイロスコープよりも、小さな運動を検知することができる。
光ファイバジャイロスコープの規模要因は、光ファイバジャイロスコープの回転割合で割られた、2本の向かい合って回転する光線の位相変化として理解される。
方程式(3)は、規模要因Sfを数学的に示すものである。
【0052】
【数3】
【0053】
方程式(3)では、Ltotalは全てのファイバ部分の結合した長さで、D(1)はファイバ・コイルのインクリメントの長さの直径で、Zはコイル(A)の軸方向のユニット・ベクトルで、λは光源105から放たれる光の波長で、そしてCは真空中の光の速さである。
固有振動数の場合のように、規模要因は、予め指定することができる特定の値を持つことが要求され、光ファイバジャイロスコープの質を最大限にするために選択することができる。
従って、方程式(3)は方程式(4)として単純化して表現することができる。
【0054】
【数4】
【0055】
方程式(4)において、Lはファイバの有効な光の(ベクトル)長さで、Lは、順方向として知られているファイバ巻線の1つの方向に対する肯定的な値と、ファイバ巻線の、ここでは逆方向と呼んでいる、別の方向に対する負の値を持っている。逆方向中の巻線が減法に関係している一方で、順方向が追加に関係していることは、いくつかの具体例の中で確認できる。
方程式(4)に戻るが、Dはコイル部材におけるファイバの直径を意味し、分子を有する商として、コイル部材におけるファイバーの合計間の違いおよび締結部におけるファイバーとして、さらには分母として、Πとして一般的に表わされて知られているとともにコイル上に巻かれる多くの製品として、表現することができる。
【0056】
指定された規模要因については、方程式(4)の同等の右辺は一定であり、また、左辺はDTgtおよび希望の長さLTgtの合計として表わされて、希望の平均径間の製品を示すために了解される場合がある。
構成要素の長さ(L1−L6)の指向性及びリバーサル150でのファイバーの影響を無視することにより、方程式(4)の左辺は次の式(5)のように書き直すことができる。
【0057】
【数5】
【0058】
方程式(5)において、Doutは内部コイル巻線の全体の外部の直径で、ここでdは内部コイル幾何学および製造の許容範囲に基づいているものであり、内部コイル157を構成するファイバの増加分の有効な平均径を表わす。
当業者は、一定範囲の中でこれらの許容を提供することができ、光ファイバジャイロスコープの特定の用途によって指定できることを認識する。
方程式(5)は、変更可能な前方及び逆方向の要素をグループ化することで、以下の式(6)のように変形できる。
【0059】
【数6】
【0060】
従って、Lplusは順方向の長さの合計で、Lminusは逆方向の長さの合計である。LplusとLminusの条項は、望まれるような適切なコイル部分長さの変更によりFOG感度の変更を許容する。
方程式(1)に戻り、測定された固有振動数FmeasuredはLtotalの機能として表現することができ、Ltotalは更に目標長Ltgt及び超過長Lexcessの機能として表現することができる。
【0061】
【数7】
【0062】
【数8】
【0063】
Lexcessの点から方程式(8)を整理し、変形された方程式(8)に方程式(7)及び(2)から導かれたKとLtgtを各々代入して整理すると、次の式(9)のようになる。
【0064】
【数9】
【0065】
方程式(9)は、方程式(6)からのLplusとLminusを代入するために、さらに変形し、LplusとLminusの点から以下の式(10)、(11)のように整理することができる。
【0066】
【数10】
【0067】
【数11】
【0068】
Ltgtについて方程式(8)を整理し、方程式(6)へ代入すると、方程式(12)となる。その一方で方程式(12)を、LplusとLminusの差を基準に、変形すると、次のような方程式(13)を得る。
【0069】
方程式(11)と(13)を連立させて解くと、以下の式(14)、(15)になる。
【0070】
方程式(14)と(15)に基づくと、光ファイバジャイロスコープは1つの指定した、又は望んだ規模要因及び/又は固有振動数を得るために、直径Dに加え、LplusとLminusの値を決定し、Lplusの中の可変的長さの組合せ及び/又はLminusの中の可変的長さの組合せを修正することにより、構築することができる。
【0071】
図2は、予め組み立てられたコンポーネントで指定された基準を満たすために、ここに提供される関係を用いて、光ファイバジャイロスコープを製造する方法及びシステムを示すものである。
図2が示すにように、ピグテイルあるいはノーマル又はリバース継ぎ目145、140はコイル155やIOC120への付着で結合処理される(ステップ305)。前述したように、幾つかの実施の形態ではコイル155は、そこから延びる1つ目と2つ目の導線130、135を有する予め製造された部品を含むことができる。
【0072】
ピグテイル145、140がコイル155に、一旦繋がれるかあるいは305に取り付けられると、当業者に知られた処理を利用することで部材の固有振動数Fmeasuredが測定される(ステップ310)。
例えば、光学の時間領域反射率測定(OTDR)は、固有振動数がファイバー・コイルを横断する光のための時間に反比例してデュアル・チャンネルIOCのインターフェース176、178の一方の端から測定されるようなコイル/ピグテイル部材の長さを進む光のために、往復の時間を測定することができる。当業者はここに提供される方法とシステムが固有振動数を測定する方法に制限されないことを認識するであろう。
【0073】
一旦固有振動数が測定されると(ステップ310)、光ファイバジャイロスコープの超過長が決定される(ステップ315)。一つの実施の形態では、Lexcessはノーマルとリバースの継ぎ目145、140(例えば、L5とL6それぞれ)の長さを測定することよって決定され、また例えば方程式(2)を使って固有周波数あるいは既知の方法から計算してLTotalLTGTを得るために製造者の報告するコイルの長さ(つまりL1+L2+L3+L4)を加えることによって決定される。Lexcessは、その後、例えば、ここに提供した方程式(7)及び(8)を使って計算される(ステップ315)。
【0074】
当業者は、方法とシステムがLexcessを計算するためのプロセスと方法によって限定されないことを認識するであろうし、また、Lexcessは当該方法とシステムを用いない他の技術を使用して計算することも可能である。
Lexcessが0を超えるものであるとすると、先にここに提供されたもの、すなわち、L1、L2、L3、L5及び/又はL6に代替し得る1つないしそれ以上の長さの構成要素から、超過したファイバを取り除くことで、ファイバの長さの合計を調整することができる(ステップ320)。
【0075】
一つの実施の形態では、超過ファイバは、超過分の約半分を両方の区分から取り除くような具合で、ノーマルとリバースのファイバ区分から等量を取り除くことができる。
当業者は、超過ファイバが継ぎ目145、140及び/又は導線130、135から取り除かれうることを認識するであろう。
さらに、ノーマル・リバースの導線及び/又は継ぎ目の長さは、可変的であるということを理解することができ、また、幾つかの具体例では、例えばそれぞれの継ぎ目及び/又は導線部分におけるファイバの長さを変えること、可能ならばおよそ30センチメートルだけ例えばファイバーの取り扱いの容易さ及び導線又は継ぎ目の識別のためにファイバの長さを変えることが望ましいということもありえる。
【0076】
あるいは、Lexcessが0未満である場合、ファイバは希望の長さの合計を達成するために追加調整されうる(ステップ320)。したがって、一例としては、ファイバは継ぎ目145、140と導線130、135との間で付け加えることができる。別の例としては、継ぎ目145、140を取り除き、より長い継ぎ目と取り替えることもできる。
幾つかの具体化では、コイル155を廃棄し、新しいコイルを選択することができる。
ファイバーを付け足す性能は、コンポーネントファイバ長L1−L6、継ぎ目145、140の位置、光ファイバジャイロスコープに特有の他の特性、及び当業者の理解に依存するものである。
【0077】
いくつかの実施の形態では、固有振動数の再測定(ステップ310)及び長さの再調整(ステップ315)が、必要に応じて1度又はそれ以上の回数行われる。一旦ファイバが調整されたならば(ステップ320)、所望の規模要因を得るためにコイル部材における非内部のコイル部分を如何に巻くべきかを決定するために、計算が実行される。
特に、コイル部材の非内部のコイル部分は、コイル部材の希望の平均直径DTgtを得るために、巻き戻すことができる。
【0078】
幾つかの実施形態においては、長さL1は、たとえば方程式(6)について、所望の規模要因に適当なLPlusとLMinusを得るために選択される。
この代数操作は、L1と他の長さの関連性のために方程式(14)および(15)に同時に解を与えることができる。特に、前述したように、リバーサル150の位置は、L1とL2の長さに影響するのと同様、LMinusとLPlusに同時に影響する。したがって、巻戻しプロセスは平均直径DTgtを変えることにより、規模要因の増加あるいは減少の何れかをすることができる。
【0079】
当業者は、長さの調整が近似かもしれないこと、また、LMinusとLPlusの長さの合計が正確には計算されず、あるいは方程式(14及び15)によって得られないことを認識するであろう。
当業者は、固有振動数に関係する典型的な平均的光学直径範囲が存在することを認識するであろう。従って、最大と最小の平均的光学直径がありえて、これは光学の平均径、D、最小と最大の間の範囲内に所望の固有周波数を受け入れ可能なことを意味する。
【0080】
いくつかの実施の形態では、巻線方針に基づいて(ステップ325)、非内部コイル・ファイバーは内部コイル157上に巻き戻される(ステップ335)。リバーサル150を形成するファイバーもまた、巻かれ、ねじれがあるかチェックされる。
もし、ピグテイル145、140が光集積回路120或いは導線130、135に繋がれていないとすると、そのピグテイル145、140は導線130、135および光集積回路120に結合される(ステップ340)。
結合部125もまた、たとえばエポキシでピグテイルを保護することによって、より早く、形成される(ステップ345)。
【0081】
一例では、結合部125は20センチメートルである。結合部125は光集積回路に結合される(ステップ340)よりも前に、形成される(ステップ345)。具体例では、L1の長さにおけるミスは巻き直し過程、ステップ335、340、345によって引き起こされるため、リバーサル150は再度巻き直した後に(ステップ335)、及び/又は光集積回路に結合されるよりも後に(ステップ340)、結合部を作るよりも後に(ステップ345)調節されうる。
従って、光ファイバジャイロスコープは所望の固有振動数に適合させるためにテストされ、また、その結果に基づいてより細かく調整される。
【0082】
その方法と装置の可能性のある1つの利点は、所望の固有振動数或いは規模要因が公開された方法ないしシステムを使っ達成されることにある。これまで述べてきたことは、光ファイバを巻くための方法ないしシステムである。
実施の形態では、当該方法とシステムは光ファイバジャイロスコープを所望の固有振動数及び/又は規模要因に合わせるために使用することができる。
光ファイバジャイロスコープ部材は、ノーマルとリバースのブレークアウトポイントを有する内部コイル、そこから出るノーマルとリバースの導線、及びノーマルとリバースの接続点に繋がれるノーマルとリバースの継ぎ目を含む。
【0083】
そのコイルは、リバーサルを含ましめるために何重にも巻かれる。リバーサルでは、ファイバのリバース部がスプール上に巻かれた方向に向きを変える。ファイバの長さは、所望の固有振動数に基づいて調整される。
更には、規模要因に基づいてフォワード(プラス)とリバース(マイナス)ファイバの長さが計算され、ノーマルとリバースのスプライス、ノーマルとリバースの接続点、ノーマルとリバースのリード、ノーマルとリバースのブレークアウトポイント、及びリーバサルの終点までによって定義される所の幾つかの長さのうちの少なくとも一つの長さが規模要因及び/又は固有振動数を新たに得るべく調整される。
リバーサルの位置は調整され、他の長さも同様に、計算されたプラスとマイナスの長さに基づいて調整される。幾つかの調整、測定及び/又は計算は繰り返し実行される。
【0084】
ここに示した方法及びシステムは、特別のハードウェア又はソフトウェアの構成に制限されず、種々のコンピューティング又はプロセシング環境に適用され得るものである。当該方法とシステムはハードウェア若しくはソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアのコンビネーションの中で実行することができる。
当該方法とシステムは、プロセッサとプロセッサによって読み取り可能な記憶媒体(一時記憶メモリ、非一時記憶メモリ、記憶装置の要素を含む)とを含んだ1つ若しくはそれ以上のプログラム可能なコンピュータ上で機能する1つ若しくはそれ以上のコンピュータプログラム、1つ若しくはそれ以上の入力装置、及び、1つ若しくはそれ以上の出力装置において、実行することができる。
【0085】
コンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システムと通信するために1つ以上の高度な手続的又はオブジェクト指向的プログラミング言語を使用してむしろ実行される。
もっとも、望むならばプログラムはアセンブリ又はコンピュータ言語で実行することもできる。言語は、コンパイルされ又は解釈される。
コンピュータ・プログラムは、記憶する媒体若しくは装置がここに記述された手続きを行なうためにコンピュータによって読まれる場合、コンピュータを形成し操作するための一般的特殊目的プログラム可能なコンピューターによって判読可能な、記憶する媒体若しくは装置(例えば、CD−ROM、ハードディスク、磁気ディスク)上に格納することができる。当該システムは、また予め定められた方法で作動するコンピュータに適用される記憶媒体に格納され、コンピュータプログラムで形成されて、コンピュータが読める記憶媒体を使用して実行することができる。
【0086】
当該方法とシステムは、それらの特定の実施の形態に相関的であると説明したが、それらはそのようには制限されない。
明らかに、多くの修正や変化が上記の教えに照らして明白になるかもしれない。例えば、ここに提供されたように、いくつかの実施の形態においては、内部コイルを固定し巻き戻すことができないが、他の実施の形態においては、内部コイルはエポキシされないかもしれないし、そうでなければ固定されないかもしれない。それがために、内部コイルは所望の長さ及び/又は規模要因を達成するために、再巻線プロセスの間に変更することができるかもしれない。
【0087】
図示した実施の形態は、スプールの周囲への光ファイバーコイルの巻きつけを含んでいたが、当業者は示された方法及びシステムのためにスプールが光ファイバー巻線をサポートすることができる如何なる形のどのような物体も含むものと理解されることを、認識するであろう。
ここに示した素材や部品の構成など、詳細な部分に関する多くの置換は、技術を有する者にとっては可能である。したがって、本願発明の請求項はここに示した実施の形態に制限されるべきでなく、特に記述した実施の形態以外のものをも含むことができ、法の下に許される範囲で広く解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の部分的に包まれた光ファイバジャイロスコープを備えたシステムを示す図である。
【図2】光ファイバジャイロスコープのための逆転ループを示す図である。
【図3】何重にも巻かれた光ファイバジャイロスコープを示す図である。
【図4】特別の固有振動数及び規模要因を備えた光ファイバジャイロスコープを組み立てるためのフローチャートである。
【符号の説明】
【0089】
100 光ファイバジャイロスコープシステム
105 光源
110 受光器
115 結合器
120 光集積回路
150 リバーサル
155 コイル
157 内部コイル
170 光ファイバー
180、175 光ファイバー
210、215 ブレークアウトポイント
Claims (26)
- 光ファイバを固有振動数に対応させて巻く方法であって、
ノーマルとリバースの端、ノーマルブレイクアウトポイントとリバースブレイクアウトポイント、ノーマル及びリバースブレイクアウトポイントからノーマル及びリバースファイバ端に向けて配置したノーマルとリバースの導線、少なくとも1つのノーマル及びリバース導線の継ぎ目とノーマルとリバース端とを接続するためのノーマルとリバース接続点の光ファイバを提供する処理と、
ノーマルブレイクアウトポイントとリバースブレイクアウトポイントの間、スプールの周囲へ光ファイバを包み込む処理と、
ノーマルとリバースブレイクアウトポイントからノーマルとリバース端、スプールの周囲、少なくとも1つの包み込み方向への反転を生ぜしめること、リバース接続点、及びリバース導線へ光ファイバを包み込む処理と、
リバーサルとリバースブレイクアウトポイントの間の第1の長さを提供する処理と、
リバーサルとリバース接続点の間の第2の長さを提供する処理と、
ノーマル接続点とノーマルブレイクアウトポイントの間の第3の長さを提供する処理と、
ノーマルブレイクアウトポイントとリバースブレイクアウトポイントの間の第4の長さを提供する処理と、
リバース端とリバース接続点の間の第5の長さを提供する処理と、
ノーマル端とノーマル接続点の間の第6の長さを提供する処理と、
少なくとも固有周波数に基づいて第1の長さ、第2の長さ、第3の長さ、第4の長さ、第5の長さ及び第6の長さの1つを調整する処理と、
を含むことを特徴とする光ファイバを巻き取る方法。 - さらに、固有振動数に基づいて目標長さの計算を行う処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、
固有振動数を測定する処理と、
第1の長さ、第2の長さ、第3の長さ、第4の長さ、第5長さ及び第6の長さのうちの少なくとも1つを調整する処理と、
を反復して含む請求項1記載の方法。 - さらに、固有振動数を測定する処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、光学の時間領域反射率を使用して、固有振動数を測定する処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、光ファイバーの超過長を決定する処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、目標長及び測定された固有振動数に基づいて光ファイバーの超過長を決定する処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、測定された固有振動数に基づいて光ファイバの合計長さを決定する処理を含む請求項1記載の方法。
- 前記調整処理は、さらに少なくとも超過光ファイバ又は加えた光ファイバを削除するもののうちの1つの処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、結合部を形成するために、少なくともノーマル継ぎ目の部署を少なくともリバース継ぎ目の部署に固定する処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、リバーサルを作成したスプールの周りに、結合部を包み込む処理を含む請求項1記載の方法。
- 前記調整処理は、さらに光ファイバの平均径を提供して調整する処理を含む請求項1記載の方法。
- さらに、光ファイバの平均径を提供する処理を含む請求項1記載の方法。
- 前記調整処理は、規模要因に基づいて調整する処理を含む請求項1記載の方法。
- 前記調整処理は、さらに、
少なくとも1つの固有周波数、測定された固有周波数、目標長さ、ファイバコイルの平均径、及びファイバコイルの外径に基づいて正の長さ及び負の長さを計算する処理と、
正の長さ及び負の長さに基づいて、少なくとも第1の長さ、第2の長さ、第3の長さ、第4の長さ、第5の長さ及び第6の長さのうちの1つを調整する処理と、
含む請求項1記載の方法。 - さらに、
前方向の長さとして、第1の長さ、第3の長さ、第6の長さを提供する処理と、
逆方向の長さとして、第2の長さ及び第5の長さ提供する処理と、
含む請求項1記載の方法。 - 前記調整処理は、前方向長さの合計に基づいて調整する処理を含む請求項16記載の方法。
- 前記調整処理は、逆方向長さの合計に基づいて調整する処理を含む請求項16記載の方法。
- 光ファイバを固有振動数に対応させて巻く方法であって、
ファイバの超過長さに基づいた正の長さ、合計長さに基づいた超過長さ、測定された固有周波数、及び固有周波数を提供する処理と、
超過長さに基づいて負の長さを提供する処理と、
少なくとも1つの前方向のファイバ長さの合計について正の長さの均等を行う処理と、
少なくとも1つの負方向のファイバ長さの合計について負の長さの均等を行う処理と、
正の方向にほぼ等しいファイバ長さの合計となるように、少なくとも1つの前方向のファイバ長さ、 負の方向にほぼ等しいファイバ長さの合計となるように、少なくとも1つの負方向のファイバ長さのうちの少なくとも1つの調整を行う処理と、
を含むことを特徴とする光ファイバを巻き取る方法。 - ファイバの端部の平均径を効率的に提供し、正の長さと負のと長さのうちの少なくとも1つの処理を含む請求項19記載の方法。
- ファイバコイルの外径の望ましい平均径を提供し、正の長さと負のと長さのうちの少なくとも1つの処理を含む請求項19記載の方法。
- 前記調整処理は、コイル化されたファイバの外径に基づいて調整する処理を含む請求項19記載の方法。
- 内部コイルの長さを提供する処理を含み、正の長さと負のと長さのうちの少なくとも1つの処理を含む請求項19記載の方法。
- 望ましいファイバの長さを提供する処理を含み、正の長さと負のと長さのうちの少なくとも1つの処理を含む請求項19記載の方法。
- 光ファイバは、ブレイクアウトポイントからノーマル及びリバースファイバ端に向けて配置したノーマルとリバースの導線、少なくとも1つのノーマル及びリバース導線の継ぎ目とノーマルとリバース端とを接続するために、ノーマル端及びリバース端、ノーマルブレイクアウトポイント及びリバースブレイクアウトポイント、ノーマル導線及びリバース導線を有する請求項19記載の方法。
- さらに、
結合部を形成する少なくともノーマル継ぎ目の部署と、少なくともリバース継ぎ目の部署とを固定する処理と、
ノーマルブレイクアウトポイントとリバースブレイクアウトポイントとの間の光ファイバをスプールの周囲で包み込む処理と、
ノーマルとリバースブレイクアウトポイントから結合部のノーマル端とリバース端、スプールの周囲、リバース継ぎ目の少なくとも1つの包み込み方向のリバースを生じること、リバース接続点、及びノーマル接続点の光ファイバを包み込む処理と、を備え、
前記調整処理は、少なくとも1つの前ファイバ長さを調整し、さらにリバーサルとリバースブレイクアウトポイントの間の第1の長さ、ノーマル接続点とノーマルブレイクアウトポイントの間の第3の長さ、及びノーマル端とノーマル接続点の間の第6の長さのうちの少なくとも1つを調整する処理を含む請求項25記載の方法。
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