JPH01299412A - Sensor of angular velocity of rotation - Google Patents

Sensor of angular velocity of rotation

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JPH01299412A
JPH01299412A JP63128500A JP12850088A JPH01299412A JP H01299412 A JPH01299412 A JP H01299412A JP 63128500 A JP63128500 A JP 63128500A JP 12850088 A JP12850088 A JP 12850088A JP H01299412 A JPH01299412 A JP H01299412A
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JP
Japan
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light
angular velocity
rotational angular
light source
velocity sensor
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Application number
JP63128500A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Hiroshi Kajioka
博 梶岡
Yoshimi Motohashi
本橋 義美
Toshihiko Ishikawa
俊彦 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To simplify an optical system and to reduce noise, by a method wherein a photocoupler using double-refraction fibers showing a difference in an attenuation amount in an orthogonal polarization mode is connected with a sensing coil formed by winding a double-refraction fiber in a coil. CONSTITUTION:A photocoupler 13 is formed of a double-refraction fiber leading a light from a light source and showing a difference in an attenuation amount in an orthogonal polarization mode, and a double-refraction fiber leading the light to a photosensor 6, and the ends thereof are wound as denoted by 130, so as to construct a transmitting-receiving photocoupler unit. Next, a sensing coil 5 is formed by winding a double-refraction fiber in a coil, and a light-phase converter 4 is provided at one end thereof. Both ends of the coil 5 are connected with the coupler 13 at points denoted by X. Accordingly, a light emitted from the coil 5 turns to be the same polarized wave and a zero-point drift and noise can be reduced. According to this method, construction and manufacture of the title device are simplified and miniaturization and cost reduction can be attained.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は回転角速度センサに関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a rotational angular velocity sensor.

[従来の技術] 回転角速度センサは、サグナック効果を応用して回転角
速度を検出するものであり、交渉型とリング共振型の2
種類がある。リング共振型回転角速度センサは、リング
共振器による光の共振現象を利用し、周波数域で回転を
検出する。このため、干渉型に比べて短い光フアイバル
ープで高感度な測定が可能であり、広いダイナミックレ
ンジが得られるという長所がある。しかし、湿度変化等
によるループの伸び縮みに敏感であり、狭スペクトルの
光源(周波数幅Δf≦100 KHz)を必要とすると
いう欠点があるため、現在のところあまり研究が進めら
れていない。
[Prior art] Rotational angular velocity sensors detect rotational angular velocity by applying the Sagnac effect, and there are two types: negotiation type and ring resonance type.
There are different types. A ring resonance type rotational angular velocity sensor detects rotation in a frequency range by utilizing the optical resonance phenomenon caused by a ring resonator. Therefore, compared to the interference type, it has the advantage of being able to perform highly sensitive measurements with a shorter optical fiber loop and providing a wider dynamic range. However, it is sensitive to expansion and contraction of the loop due to changes in humidity, etc., and has the drawbacks of requiring a narrow spectrum light source (frequency width Δf≦100 KHz), so not much research is currently underway.

第7図は、従来の干渉型回転角速度センサの基本構成を
示したもので、光源1.偏光子33位相変調器4.セン
シングコイル5.ディテクタ6を各1台、光カプラーを
2台使用して成る。
FIG. 7 shows the basic configuration of a conventional interferometric rotational angular velocity sensor. Polarizer 33 Phase modulator 4. Sensing coil5. One detector 6 and two optical couplers are used.

光源lからの光は、光カプラー2aで分岐され、一方は
偏光子3.光カプラー2bを介して、センシングコイル
5に導かれる。センシングコイル5を伝搬した左右両回
り光は、光カプラー2bで再び結合し、偏光子3を介し
てディテクタ6に導かれる。
The light from the light source l is split by an optical coupler 2a, one of which is split by a polarizer 3. It is guided to the sensing coil 5 via the optical coupler 2b. The left and right light propagated through the sensing coil 5 is recombined by the optical coupler 2b and guided to the detector 6 via the polarizer 3.

センシングコイル5が角速度Ωで回転すると、センシン
グループを伝搬している左右両回り光に位相差が生じ(
サグナック効果)、ディテクタ6に達する光出力が変化
する。この光出力の変化を直接検波することにより、従
来は回転角速度を検出している。尚、位相変調器4は、
左右両回り光に等側内にπ/2の位相差を与えて、回転
角速度検出の高精度化を図るためのものである。
When the sensing coil 5 rotates at an angular velocity Ω, a phase difference occurs between the left and right light propagating through the sensing loop (
Sagnac effect), the light output reaching the detector 6 changes. Conventionally, the rotational angular velocity has been detected by directly detecting this change in optical output. Note that the phase modulator 4 is
This is to provide a phase difference of π/2 on the same side to the left and right rotational lights to improve the accuracy of rotational angular velocity detection.

干渉型回転角速度センサは、左右両回り光の干渉による
光強度変化から回転角速度を検出するため、センシング
コイル5に結合し又センシングコイルから出射する光は
同一偏波でなければならない、という制約を受ける。同
一偏波でない場合には、回転角速度センサ出力の零点ド
リフト、又はノイズとなるからである。従って、従来は
第7図のように2台の光カプラー2a、2bを用い、そ
の間に偏光子3を挿入しなければならなかった。
Since the interferometric rotational angular velocity sensor detects the rotational angular velocity from changes in light intensity due to interference between left and right lights, it has the restriction that the light coupled to the sensing coil 5 and emitted from the sensing coil must be of the same polarization. receive. This is because if the polarizations are not the same, a zero point drift or noise will occur in the rotational angular velocity sensor output. Therefore, conventionally, two optical couplers 2a and 2b were used as shown in FIG. 7, and a polarizer 3 had to be inserted between them.

第9図は、従来のリング共振型回転角速度センサの基本
構成を示したもので、1台の光源1と。
FIG. 9 shows the basic configuration of a conventional ring resonance type rotational angular velocity sensor, including one light source 1.

4台の光カプラー14と、2台のディテクタ16.17
と、1台の位相変調器19から成り。
4 optical couplers 14 and 2 detectors 16.17
and one phase modulator 19.

位相変調器19には三角波の電圧が加えられる。A triangular wave voltage is applied to the phase modulator 19.

このリング共振型回転角速度センサの場合も、リング中
を回転する光の共振ピーク(第10図)の移動から回転
速度を検出するため5 リングを伝搬する光は同一偏波
でなければならないという制約を受ける。
In the case of this ring resonance type rotational angular velocity sensor as well, the rotational speed is detected from the movement of the resonance peak (Figure 10) of the light rotating in the ring.5 The restriction is that the light propagating through the ring must be of the same polarization. receive.

[発明が解決しようとする課題] 偏波保持型光カプラーは、現在第8図(A)(B)に示
すように、石英基板7に曲率を設けた溝を掘り、埋め込
み部分の被覆を除去した偏波面保存光ファイバ8を、応
力付与部である楕円ジャケット11の長袖が基板7の表
面に対して垂直になるように埋め込んで、樹脂で固定し
た後、光ファイバ8をコア9の付近まで研磨したものを
2枚製作して1組合せるという高度な方法をとっている
。従って、価格も非常に高い。
[Problems to be Solved by the Invention] A polarization-maintaining optical coupler is currently manufactured by digging a groove with a curvature in a quartz substrate 7 and removing the coating from the embedded part, as shown in FIGS. 8(A) and 8(B). The polarization-maintaining optical fiber 8 is embedded so that the long sleeve of the elliptical jacket 11, which is the stress applying part, is perpendicular to the surface of the substrate 7 and fixed with resin. They use an advanced method of producing two polished pieces and combining them into one. Therefore, the price is also very high.

従来の干渉型回転角速度センサは、上記光カプラーを2
台使用しなければならないため、高価であり製造も困難
である。更に、従来技術では第7図に「x」印で示す接
続部が少なくとも4ケ所必要であるため、接続部におけ
る反射が大きく、回転角速度センサ出力の大きなノイズ
要因となっていた。
A conventional interferometric rotational angular velocity sensor uses two optical couplers.
It is expensive and difficult to manufacture because it requires the use of a stand. Furthermore, since the prior art requires at least four connection points indicated by "x" marks in FIG. 7, reflections at the connection points are large and become a major noise factor in the output of the rotational angular velocity sensor.

一方、リング共振型回転角速度センサでは、既に述べた
ように、リングを伝搬する光は同一偏波でなければなら
ないという制約を受ける。従来は、この点に関して配慮
がなされていなかった。
On the other hand, in a ring resonant rotational angular velocity sensor, as already mentioned, the light propagating through the ring must be of the same polarization. Conventionally, no consideration was given to this point.

第11図は共振特性の実験例(電子通信学会論文誌’8
Ei/7 Voli89−CNa、7 )を示すもので
あるが、この実験例では、第9図のリング共振器18に
シングルモードファイハラ用いたため、2つの独立した
偏光モードが生じ、F S R(Free 5pect
ral Range )内に2つの共振ピークが現われ
ている。このため、回転角速度分解能が低下し、且つ偏
波の揺らぎによりノイズが生じるという問題があった。
Figure 11 shows an experimental example of resonance characteristics (Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers '8
Ei/7 Voli89-CNa,7) However, in this experimental example, since a single mode fiber optic was used in the ring resonator 18 in Fig. 9, two independent polarization modes were generated, and FSR ( Free 5pect
ral Range), two resonance peaks appear. For this reason, there is a problem in that rotational angular velocity resolution is reduced and noise is generated due to fluctuations in polarization.

偏波面保存光ファイバを共振器に用いた場合にも、光結
合部における偏波モード結合で。
Even when a polarization-maintaining optical fiber is used as a resonator, polarization mode coupling occurs at the optical coupling section.

FSR内に2つの共振ピークが現われるという問題があ
った。
There was a problem that two resonance peaks appeared in the FSR.

次に、再び干渉型回転角速度センサの問題とI7て一般
に、接続部からの反射光、レーり散乱光等による干渉ノ
イズを防ぐため、可干渉距離の短い光源を使用しなけれ
ばならない、しかし、可干渉距離の短い光源(発光ダイ
オードLED′4)は−般に出力が小さく、直接検波で
は十分な感度が得られない。一方、レーザダイオードL
Dを光源として用いると、干渉ノイズのために感度がJ
二らない。また、可干渉距離が短いSLDは、LEDに
比べて出力は大きいが、高価で有り、且つ信頼性に欠け
るという問題がある。
Next, we will return to the problem of interferometric rotational angular velocity sensors.In general, a light source with a short coherence distance must be used to prevent interference noise due to reflected light from the connection part, Ray scattering light, etc. However, A light source with a short coherence length (light emitting diode LED'4) generally has a small output, and direct detection cannot provide sufficient sensitivity. On the other hand, the laser diode L
When D is used as a light source, the sensitivity decreases to J due to interference noise.
There are no two. Furthermore, although SLDs with short coherence distances have a higher output than LEDs, they are expensive and lack reliability.

本発明の目的は、前記した干渉型及びリング共振型回転
角速度センサにおける偏波ノイズの問題点を解消し、安
価で容易に製造でき、偏波ノイズの少ない高精度な回転
角速度センサを提供することにある。
An object of the present invention is to solve the problem of polarization noise in the above-mentioned interference type and ring resonance type rotational angular velocity sensors, and to provide a highly accurate rotational angular velocity sensor that can be manufactured easily at low cost and has little polarization noise. It is in.

未発明の他の目的は、前記した干渉型回転角速度センサ
の欠点を解消し、ヘテロダイン検波を採用することによ
って、受信感度を大幅に改善し、可干渉距離が短く出力
が小さい光源を用いても、回転角速度の高感度検出が可
能な回転角速度センサを提供することにある。
Another object of the invention is to eliminate the drawbacks of the above-mentioned interferometric rotational angular velocity sensor and to significantly improve reception sensitivity by adopting heterodyne detection, even when using a light source with a short coherence distance and low output. The object of the present invention is to provide a rotational angular velocity sensor capable of highly sensitive detection of rotational angular velocity.

[課題を解決するための手段] 本発明の回転角速度センサは、光源から光を導く直交偏
波モードに減衰量の差がある第1の複屈折ファイバ及び
受光器に光を導く第2の複屈折ファイバの一端に分岐・
結合光学系を構成すると共に、その出射端を所定の条件
で曲げて送受光カプラーユニットとなし、第3の複屈折
ファイバをコイル状に巻き少なくとも一端に光位相変調
器を有するセンシングコイルの両端を、前記送受光カプ
ラーユニットに接続した構成である。
[Means for Solving the Problems] The rotational angular velocity sensor of the present invention includes a first birefringent fiber having a difference in attenuation in orthogonal polarization modes that guides light from a light source, and a second birefringent fiber that guides light to a light receiver. A branch at one end of the refractive fiber.
A coupling optical system is constructed, and its output end is bent under predetermined conditions to form a light transmitting/receiving coupler unit, and a third birefringent fiber is wound in a coil shape to connect both ends of a sensing coil having an optical phase modulator at at least one end. , connected to the light transmitting/receiving coupler unit.

他の形態においては、直交偏波モードに減衰量の差があ
る複屈折ファイバに結合光学系を構成してリング状とし
几つリングの中間に位相変調器を設け、更に前記結合光
学系の両端を所定の条件で曲げて構成したリング共振器
と、光源から光を導く複屈折ファイバ結合器の両出射端
に受光器に光を導く分岐◆結合光学系を設けたセシング
ユニットとを接続する。
In another form, a coupling optical system is configured in a ring shape using birefringent fibers having different attenuation amounts in orthogonal polarization modes, and a phase modulator is provided in the middle of the ring, and furthermore, a phase modulator is provided at both ends of the coupling optical system. A ring resonator formed by bending a birefringent fiber under predetermined conditions is connected to a processing unit equipped with a branching/coupling optical system that guides light to a receiver at both output ends of a birefringent fiber coupler that guides light from a light source. .

更に別の形態においては、光源、偏光子、光カプラー、
センシングコイル、位相変調器、受光器光、ファイバよ
り構成される位相変調方式回転角速度センサにおいて、
光源からの光を分岐且つ周波数シフトする周波数シフタ
を有する構成とする。
In yet another form, a light source, a polarizer, an optical coupler,
In a phase modulation rotary angular velocity sensor consisting of a sensing coil, phase modulator, receiver light, and fiber,
The structure includes a frequency shifter that branches and frequency shifts the light from the light source.

この場合1周波数シフタが2×2端子で、一端は光源か
ら光を導き、分岐Sれた2端の一方は偏光子に光を導き
、他方は光源側のもう1つの端子と結合し、結合する2
光路の光の周波数が異なる構成とすることができ、また
、光源には発光ダイオード(LED)が使用できる。
In this case, one frequency shifter has 2x2 terminals, one end guides the light from the light source, one of the two branched ends guides the light to the polarizer, and the other is connected to the other terminal on the light source side, and the do 2
It is possible to have a configuration in which the frequencies of the light in the optical path are different, and a light emitting diode (LED) can be used as the light source.

[作用] 請求項1は、光カプラー用の光ファイバに、直交偏波モ
ードに減衰量の差がある複屈折(ASP)ファイバを用
い、それによって、光学系を簡単にして製造を容易にす
ると共に接続点を減らしてノイズを低減させたものであ
る。
[Function] Claim 1 uses a birefringent (ASP) fiber in which orthogonal polarization modes have a difference in attenuation as the optical fiber for the optical coupler, thereby simplifying the optical system and facilitating manufacturing. This also reduces noise by reducing the number of connection points.

請求項2は、リング共振用の光ファイバにASPファイ
バを用い、それによって、単一偏波で共振させ、ノイズ
を低減させたものである。
According to a second aspect of the present invention, an ASP fiber is used as the optical fiber for ring resonance, thereby resonating with a single polarized wave and reducing noise.

請求項3〜5は、検波方式としてヘテロゲイン検波を用
いると共に、その手段として光源からの光を分岐且つ周
波数シフトする周波数シフタを用い、それによって受信
感度を大幅に改善したものである。
According to claims 3 to 5, heterogain detection is used as the detection method, and a frequency shifter for branching and frequency shifting the light from the light source is used as the means for this, thereby significantly improving reception sensitivity.

周波数シフタとしては音響光学素子(AOM)が適用で
きる。また、センサ部としては光ファイバのみならず、
損失が大きいLiNbO3等を用いた集積型導波路も適
用できる。
An acousto-optic device (AOM) can be used as the frequency shifter. In addition, the sensor part uses not only optical fibers, but also
An integrated waveguide using LiNbO3 or the like, which has a large loss, can also be applied.

[実施例] 以下、図示の実施例に基づいて本発明を説明する。[Example] The present invention will be described below based on illustrated embodiments.

第1図は本発明の干渉型回転角速度センサ例を示す。FIG. 1 shows an example of an interferometric rotational angular velocity sensor of the present invention.

第1図において、13は直交偏波モードに減衰量の差が
ある複屈折(A S P)ファイバ2木を用いた光カプ
ラーであり、その末端を130で示す如く所定の条件で
曲げて偏光子とする。5はASPファイバから成るセン
シングコイルであり、システムの設計によって、巻き径
と光ファイバ長が決められている。このセンシングコイ
ル5の両端は「X」で示す箇所で光カプラー13と接続
できる。4はセンシングコイル5の一端に含ませた位相
変調器であり、左右両回り光に等側内にπ/2の位相差
を与えて、回転角速度検出の高精能化を図るものである
In Fig. 1, numeral 13 is an optical coupler using two birefringent (ASP) fibers with different attenuation amounts in orthogonal polarization modes, and the end thereof is bent under predetermined conditions as shown at 130 to detect polarized light. Make it a child. 5 is a sensing coil made of ASP fiber, and the winding diameter and optical fiber length are determined by the system design. Both ends of this sensing coil 5 can be connected to an optical coupler 13 at locations indicated by "X". Reference numeral 4 denotes a phase modulator included in one end of the sensing coil 5, which imparts a phase difference of π/2 on the same side to the left and right rotational lights to improve the precision of rotational angular velocity detection.

ASPファイバには、第2図(a)に断面で示す楕円ジ
ャケット型偏波面保存光ファイバを用いており、中心か
らの半径距#rの屈折率n (r)は第2図(b)(c
)に示す如く表わされ、この屈折率分布を設計すること
によって、Y偏波が高曲げ損失、Xが偏波が低曲げ損失
となる。
The ASP fiber uses an elliptical jacket type polarization maintaining optical fiber whose cross section is shown in Figure 2(a), and the refractive index n (r) of the radial distance #r from the center is as shown in Figure 2(b) ( c.
), and by designing this refractive index distribution, the Y-polarized wave has a high bending loss, and the X-polarized wave has a low bending loss.

波長0.858Lm用の試作例を次に示す。A prototype example for a wavelength of 0.858 Lm is shown below.

第2図(b)(c)に示すコア半径a=2.32pm 
、楕円長袖半径b c = 13.935gm 、楕円
短軸半径bt=6.+935gm 、クラッド厚/コア
半径δ=t 、 コアとクラッドの比屈折率差Δ◆= 
+ 0.2% 、クラ−2ドと楕円ジャケット部の比屈
折率差Δ−=−0,2% 、楕円率ε= 38.5%の
偏波面保存光ファイバを用いて、光カプラー13を製作
し、光ファイバの末端を曲げ半径4ha、巻数15ター
ン(交=3.8111)で巻いたところ、消光比−45
dB 、過剰損失0.7dBの光カプラーユニットが得
られている。
Core radius a = 2.32pm shown in Figure 2(b)(c)
, ellipse long sleeve radius b c = 13.935gm, ellipse short axis radius bt = 6. +935gm, cladding thickness/core radius δ=t, relative refractive index difference Δ◆= between core and cladding
+0.2%, relative refractive index difference Δ-=-0.2% between the cladding and the elliptical jacket part, and ellipticity ε=38.5%. When the end of the optical fiber was wound with a bending radius of 4 ha and a number of turns of 15 (intersection = 3.8111), the extinction ratio was -45.
dB, and an optical coupler unit with an excess loss of 0.7 dB has been obtained.

上記光カプラーユニットを用いて光学システムを構成す
れば、センシングコイル5に結合し又センシングコイル
5から出射する光は同一の偏波となるため、零点ドリフ
ト及びノイズが低減できる。しかも、光カプラーが1台
で済むので、構成及び製造が筒中となり1回転角速度セ
ンサの小型化、低価格化が可能になる。また、接続部が
2ケ所になるので、組立てが簡単になり、反射によるノ
イズも低減できる。
If an optical system is configured using the above optical coupler unit, the light coupled to the sensing coil 5 and emitted from the sensing coil 5 will have the same polarization, so zero point drift and noise can be reduced. Moreover, since only one optical coupler is required, the configuration and manufacturing can be carried out in a cylinder, making it possible to downsize and lower the price of the one-rotation angular velocity sensor. Furthermore, since there are only two connection points, assembly is simplified and noise due to reflection can be reduced.

尚、光カプラーユニットのASPファイバに加える曲げ
の位置は、光源、ディテクタ側にあっても良い。
Note that the bending position applied to the ASP fiber of the optical coupler unit may be on the light source or detector side.

第3図に、リング共振器型回転角速度センサの一実施例
を示す。1は光源、14a、14b。
FIG. 3 shows an embodiment of a ring resonator type rotational angular velocity sensor. 1 is a light source, 14a, 14b.

14c、14dは光カプラー,15はセンシングユニッ
ト、16.17はディテクタ、18はリング共振器、1
9は位相変調器である。リング共振器18にはASPフ
ァイバを用い、その末端の180で示す部分及び位相変
調器19として巻付ける部分を所定の条件で曲げて偏光
子としている。位相変調器19は、リング中の光に2π
の位相差を与えて、時間軸上で共振現象を確認できるよ
うにするものである。
14c and 14d are optical couplers, 15 is a sensing unit, 16.17 is a detector, 18 is a ring resonator, 1
9 is a phase modulator. An ASP fiber is used for the ring resonator 18, and the end portion 180 and the portion to be wound as the phase modulator 19 are bent under predetermined conditions to serve as a polarizer. The phase modulator 19 applies 2π to the light in the ring.
This provides a phase difference of 100 kHz to enable confirmation of resonance phenomena on the time axis.

ASPファイバには、第2図に説明した楕円ジャケット
型偏波面保存光ファイバを用いており、光カプラー14
cは、既に述べた試作例の光カプラーユニットにより構
成される。
The ASP fiber uses the elliptical jacket type polarization maintaining optical fiber explained in Fig. 2, and the optical coupler 14
c is constituted by the optical coupler unit of the prototype example already mentioned.

このように、ASPファイバを用いて、光カプラー14
0.リング共振器189位相変調器19を構成すれば、
単一偏波しか伝搬しないので、ノイズが低減できる。
In this way, using the ASP fiber, the optical coupler 14
0. If the ring resonator 189 phase modulator 19 is configured,
Since only a single polarized wave propagates, noise can be reduced.

尚、ディテクタ16.17の2台を用いるのは、右回り
光、左回り光の共振ピークのずれ量から、リング共振の
伸び縮みを検出するためである。
The reason why the two detectors 16 and 17 are used is to detect the expansion and contraction of the ring resonance from the amount of deviation of the resonance peaks of the clockwise light and the counterclockwise light.

第3図の光学系は1回転角速度センサのみならず、光源
の周波数安定化のための光学系としても適用できる。
The optical system shown in FIG. 3 can be applied not only as a one-rotation angular velocity sensor but also as an optical system for stabilizing the frequency of a light source.

第4図に干渉型回転角速度センサの場合の実施例を示す
FIG. 4 shows an embodiment in the case of an interference type rotational angular velocity sensor.

光源21からの光は、2×2端子を有する周波数シフタ
22で2方向に分岐され、周波数シフトされた光は偏光
子23.光カプラー24aを介してセンシングコイル2
6に入射される。センシングコイル26を伝搬した左右
両回り光は、先の光カプラー24aで合成され、偏光子
23を介して周波数シフタ22に戻る。この戻り光は、
光源21から分岐され周波数シフトされていない光と、
光カプラー24bで合成され、ディテクタ27でその光
強度が検出される。
Light from a light source 21 is split into two directions by a frequency shifter 22 having 2×2 terminals, and the frequency-shifted light is sent to a polarizer 23 . Sensing coil 2 via optical coupler 24a
6. The left and right lights propagated through the sensing coil 26 are combined by the optical coupler 24a and returned to the frequency shifter 22 via the polarizer 23. This return light is
Light branched from the light source 21 and not frequency shifted;
The light is combined by the optical coupler 24b, and the intensity of the light is detected by the detector 27.

28の選択レベルメータは、周波数シフタ22で分岐さ
れた2光束の差周波数成分の強度(ヘテロダイン検波信
号)を検出する装置であり、29のロックインアンプは
、位相変調器25でπ/2だけ位相シフトを受けた信号
を同期検波する装置、30は発振器である。
The selection level meter 28 is a device that detects the intensity of the difference frequency component (heterodyne detection signal) of the two beams branched by the frequency shifter 22, and the lock-in amplifier 29 detects the intensity of the difference frequency component of the two beams branched by the frequency shifter 22. A device for synchronously detecting a phase-shifted signal, 30 is an oscillator.

上記の系で得られた信号は、信号処理系31で回転角速
度の信号に変換される。
The signal obtained by the above system is converted into a rotational angular velocity signal by a signal processing system 31.

第5図は、ヘテロゲイン検波の受信感度を測定する系で
ある。32,36.39は対物レンズ、33.38は偏
光子、34.37は可変光減衰器、35はハーフミラ−
を示す。
FIG. 5 shows a system for measuring reception sensitivity of hetero gain detection. 32, 36.39 are objective lenses, 33.38 are polarizers, 34.37 are variable optical attenuators, and 35 are half mirrors.
shows.

可変光減衰器34.37で光出力を調整し、受信感度を
測定した結果を、第6図に示す、ここでは、選択レベル
メータ28の値が一50dBm (電気系ノイズで決る
S/N弁1と考えられるレベル)になる光強度を最小検
出感度とした。波長は1.32濤■である。
Figure 6 shows the results of adjusting the optical output with the variable optical attenuators 34 and 37 and measuring the receiving sensitivity. The light intensity at a level considered to be 1) was defined as the minimum detection sensitivity. The wavelength is 1.32 tau.

光源21をLEDとした場合、シングルモードに入射で
きる出力は、約−20dBmである0周波数シフタ22
で1対1に分岐され、更に3dBの損失が有ったとして
も、局発光出力として一29dB層(結合する光カプラ
ーの分岐のため3dB損失)が得られるので、約−80
dBmまでの光まで検出でき、従って回転角速度センサ
の光源にLEDが使用できる。LEDの可干渉距離は1
00100pヒと短いので、高精度な角速度検出が可能
になる。
When the light source 21 is an LED, the output that can be input into single mode is approximately -20 dBm from the zero frequency shifter 22.
Even if it is branched 1:1 and there is an additional 3 dB loss, the local light output will be 129 dB (3 dB loss due to the branching of the optical coupler), so approximately -80
It is possible to detect light up to dBm, so an LED can be used as a light source for a rotational angular velocity sensor. The coherence distance of LED is 1
Since it is as short as 00100p, highly accurate angular velocity detection is possible.

第4図の構成は、直交偏波方式回転角速度センサや、集
積型回転角センサにも適用できるものである。
The configuration shown in FIG. 4 can also be applied to an orthogonal polarization type rotational angular velocity sensor or an integrated rotational angle sensor.

[発明の効果] 本発明は、i−、述のとうり構成されているので、次に
記載する効果を奏する。
[Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, it produces the following effects.

請求項1の回転角度センサにおいては、光カプラーが1
台で済むので、その構成及び製造が簡単であり、回転角
速度センサの小型化、低価格化が可能になる。また接続
部が2ケ所になるので、組立てが簡単になり、反射によ
るノイズも低減できる。
In the rotation angle sensor according to claim 1, the optical coupler includes one
Since only a stand is required, the configuration and manufacture are simple, and the rotational angular velocity sensor can be made smaller and lower in price. Furthermore, since there are only two connection points, assembly is simplified and noise due to reflection can be reduced.

請求項2の回転角度センサにおいては、リング共振器に
ASPファイバを用いたので、偏波ノイズが除去され、
高精度な回転角速度センサが得られる。
In the rotation angle sensor according to claim 2, since an ASP fiber is used for the ring resonator, polarization noise is removed.
A highly accurate rotational angular velocity sensor can be obtained.

請求項3の回転角度センサにおいては、検波方式として
ヘテロダイン検波を用い、又その手段として光源からの
光を分岐1つ周波数シフトする周波数シフタを用いたの
で、光強度の検出感度が大幅に改善される。
In the rotation angle sensor of claim 3, heterodyne detection is used as the detection method, and a frequency shifter that shifts the frequency of the light from the light source by one branch is used as the means, so the detection sensitivity of light intensity is greatly improved. Ru.

その結果、 (1)可干渉距離が短く光出力が小さいLED等の光源
が使用できるので1回転角速度の検出感度が上り、安価
で信頼性の高い回転角速度センサが得られる。
As a result, (1) a light source such as an LED with a short coherence distance and low optical output can be used, so the detection sensitivity of one rotational angular velocity is increased, and an inexpensive and highly reliable rotational angular velocity sensor can be obtained.

(2)光源を低電流で駆動できるので、回転角速度セン
サの寿命が長くなる。
(2) Since the light source can be driven with a low current, the life of the rotational angular velocity sensor is extended.

(3)導波路の損失が大きい集積型の回転角速度センサ
にも適用できるので、小型化が可能になる。
(3) Since it can be applied to an integrated rotational angular velocity sensor with a large waveguide loss, miniaturization is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の回転角速度センサの一実施例を示す構
成図、第2図は楕円ジャケント型偏波面保存光ファイバ
の構造を示すもので、(a)は断面図、(b)(C)は
屈折率分布の例を示す図。 第3図は本発明の回転角速度センサの他の実施例を示す
構成図、第4図は本発明の回転角速度センサの更に他の
実施例を示す構成図、第5図はヘテロゲイン検波の受信
感度の測定系を示す構成図、第6図はヘテロゲイン検波
受信感度測定結果を示す図、第7図は従来の干渉型回転
角速度センサの基本構成図、第8図(A)(B)はそれ
ぞれ光フアイバ光カプラーの断面図、第9図はリング共
振型回転角速度センサの基本構成図、第10図は位相変
調器に周波数17FSRの三角波を加えた時の共振特性
を示す図、第11図は共振特性の測定例を示す図である
。 図中、lは光源、2は光カプラー,3は偏光子、4は位
相変調器、5はセンシングコイル、6はディテクタ、9
はコア、10はクラッド、11は楕円ジャケット、12
はサポート、13゜14a、14b、14c、14dは
光カプラー,15はセンシングコイル、16.17はデ
ィテクタ、18はリング共振器、19は位相変調器。 21は光源、22は周波数シフタ、23は偏光子、24
a、24bは光カプラー,25は位相変調器、26はセ
ンシングコイル、27はディテクタ、28は選択レベル
メータ、29はロックインアンプ、30は発振器、31
は信号処理系、34.37は可変光減衰器、35はハー
フミラ−を示す。
Fig. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the rotational angular velocity sensor of the present invention, and Fig. 2 shows the structure of an elliptical Jackent type polarization-maintaining optical fiber, (a) is a cross-sectional view, (b) (C ) is a diagram showing an example of refractive index distribution. Fig. 3 is a block diagram showing another embodiment of the rotational angular velocity sensor of the present invention, Fig. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the rotational angular velocity sensor of the present invention, and Fig. 5 is the reception sensitivity of hetero gain detection. Figure 6 is a diagram showing the measurement results of hetero gain detection reception sensitivity, Figure 7 is a basic configuration diagram of a conventional interferometric rotational angular velocity sensor, and Figures 8 (A) and (B) are optical A cross-sectional view of a fiber optic coupler, Figure 9 is a basic configuration diagram of a ring resonant rotational angular velocity sensor, Figure 10 is a diagram showing resonance characteristics when a triangular wave with a frequency of 17FSR is applied to a phase modulator, and Figure 11 is a diagram showing resonance characteristics. FIG. 3 is a diagram showing an example of measurement of characteristics. In the figure, l is a light source, 2 is an optical coupler, 3 is a polarizer, 4 is a phase modulator, 5 is a sensing coil, 6 is a detector, 9
is the core, 10 is the cladding, 11 is the oval jacket, 12
13° is a support, 14a, 14b, 14c, and 14d are optical couplers, 15 is a sensing coil, 16 and 17 are detectors, 18 is a ring resonator, and 19 is a phase modulator. 21 is a light source, 22 is a frequency shifter, 23 is a polarizer, 24
a, 24b are optical couplers, 25 is a phase modulator, 26 is a sensing coil, 27 is a detector, 28 is a selection level meter, 29 is a lock-in amplifier, 30 is an oscillator, 31
34 and 37 are variable optical attenuators, and 35 is a half mirror.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. 光源から光を導く直交偏波モードに減衰量の差が
ある第1の複屈折ファイバ及び受光器に光を導く第2の
複屈折ファイバの一端に分岐・結合光学系を構成すると
共に、その出射端を所定の条件で曲げて送受光カプラー
ユニットとなし、第3の複屈折ファイバをコイル状に巻
き少なくとも一端に光位相変調器を有するセンシングコ
イルの両端を、前記送受光カプラーユニットに接続した
ことを特徴とする回転角速度センサ。
1. A branching/combining optical system is configured at one end of a first birefringent fiber that guides light from a light source and has a difference in attenuation in orthogonal polarization modes and a second birefringent fiber that guides light to a light receiver. The ends are bent under predetermined conditions to form a transmitting/receiving coupler unit, and a third birefringent fiber is wound in a coil shape, and both ends of a sensing coil having an optical phase modulator at at least one end are connected to the transmitting/receiving coupler unit. A rotational angular velocity sensor featuring:
2. 直交偏波モードに減衰量の差がある複屈折ファイ
バに結合光学系を構成してリング状とし且つリングの中
間に位相変調器を設け、更に前記結合光学系の両端を所
定の条件で曲げて構成したリング共振器と、光源から光
を導く複屈折ファイバ結合器の両出射端に受光器に光を
導く分岐・結合光学系を設けたセンシングユニットとを
接続したことを特徴とする回転角速度センサ。
2. A coupling optical system is formed into a ring shape by constructing a birefringent fiber having a difference in attenuation in orthogonal polarization modes, a phase modulator is provided in the middle of the ring, and both ends of the coupling optical system are bent under predetermined conditions. A rotational angular velocity sensor characterized in that the configured ring resonator is connected to a sensing unit provided with a branching/coupling optical system that guides light to a light receiver at both output ends of a birefringent fiber coupler that guides light from a light source. .
3. 光源、偏光子、光カプラー、センシングコイル、
位相変調器、受光器光、ファイバより構成される位相変
調方式回転角速度センサにおいて、光源からの光を分岐
且つ周波数シフトする周波数シフタを有することを特徴
とする回転角速度センサ。
3. Light source, polarizer, optical coupler, sensing coil,
A rotational angular velocity sensor comprising a phase modulator, a light receiver, and a fiber, the rotational angular velocity sensor comprising a frequency shifter for branching and frequency shifting light from a light source.
4. 周波数シフタが2×2端子で、一端は光源から光
を導き、分岐された2端の一方は偏光子に光を導き、他
方は光源側のもう1つの端子と結合し、結合する2光路
の光の周波数が異なることを特徴とする請求項3記載の
回転角速度センサ。
4. The frequency shifter has 2 x 2 terminals, one end guides the light from the light source, one of the two branched ends guides the light to the polarizer, and the other is connected to the other terminal on the light source side, creating two optical paths to be combined. 4. The rotational angular velocity sensor according to claim 3, wherein the frequencies of the lights are different.
5. 光源が発光ダイオードであることを特徴とする請
求項3又は4記載の回転角速度センサ。
5. 5. The rotational angular velocity sensor according to claim 3, wherein the light source is a light emitting diode.
JP63128500A 1988-05-27 1988-05-27 Sensor of angular velocity of rotation Pending JPH01299412A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102410990A (en) * 2011-08-01 2012-04-11 暨南大学 High-sensitivity micro-nano optical fiber refractive index sensor and preparation method thereof

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