JPH0320675A - 光ファイバジャイロ型加速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、移動物体の線加速度を、その物体に搭載され
た状態において計測可能な光ファイバジャイロ型加速度
計に関するものである。

（発明の概要） 本発明の光ファイバジャイロ型加速度計は、光ファイバ
ジャイロの光ファイバループを加速度検出用の振り子と
して用い、この振り子の回転角速度を光ファイバジャイ
ロのサグナック効果により検出することにより、線加速
度を高精度で検出できるようにしたものである。

（従米の技術） 一般に加速度計は、物体に加速度が生ずると力が生じ、
加速度計に働くその力によって加速度計内で変化するあ
る物理量を計測し、その物体の加速度を計測している。

この計測方法としてはいろいろあるが主として用いられ
ているもの１こ、加速度によるバネ又は弾性体の伸縮を
電気的に計るもの、梁の撓みを歪計で計るもの、圧力を
圧電素子で計るもの、水準器の気泡の移動を電気的に計
るもの、表面弾性波の周波数変化によるもの、振り子の
軸のねじれを電気的に計るものなどがある。

また、光を利用したものとしては、光ファイバの弾性に
よる伸縮で伝播光の位相変化を用いるもの、光ファイバ
の接続点の軸ずれによる伝播光の損失を利用したものな
どが考えられ゛ている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、近年注目されている光７７イバジャイロは、
光ファイバ中を伝播する光が磁界や電界の影響を受けに
くいため、シールドの問題がなく、高感度で、安定性の
点でも優れているが、この光ファイバジャイロが検出で
きるのは回転角速度であり、直線的に働く線加速度を計
測する用途にはそのままでは適用できない。

本発明は、上記の点に鑑み、高感度で安定性のすぐれた
光ファイバジャイロを利用して線加速度を高感度で検出
可能な光ファイバジャイロ型加速度計を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達或するために、本発明は、一平面内で光フ
ァイバジャイロの光ファイバループを一点を中心に自由
に回転できるように配置し、該光ファイバループの配置
されている平面に平行に働く力による前記光ファイバル
ープの回転角速度を前記光ファイバジャイロで検知して
前記平面に平行に働く力による加速度を検出する構或と
している。

（作用） 本発明の光ファイバジャイロ型加速度計においては、光
７Ｔイバノヤイ口の光ファイバループを加速度検出用の
振り子として用い、この振り子の回転角速度を光ファイ
バノヤイロのサグナック効果により検出することにより
、当該加速度計が搭載された物体の線加速度を高精度で
検出できる。

（実施例） 以下、本発明に係る光ファイバジャイロ型加速度計の実
施例を図面に従って説明する。

本加速度計は移動物体の線加速度を、その物体に搭載し
て計測するものであり、第１図に示すように、光ファイ
バジャイロ部（イ）と係数部５より構威されている。光
ファイバジャイロ部（イ）においては、いままでの光フ
ァイバジャイロと違い光ファイバループ４が一平面内で
一点Ｏを中心に自由に回転出米るようになっており、こ
の光ファイバループを加速度検知用素子（振り子）とし
ている。

また、光ファイバジャイロ部（イ）はレーザ光を発生す
る光源１、光分配器（又は結合器）２及び光検知・信号
処理部３を備えており、光源１より光分配器２を経て光
ファイバループ４に至る経路及び光ファイバループ４か
ら光分配器２を経て光検知・信号処理部３に至る経路は
光ファイバで接続されている。

ここで、光ファイバジャイロについて簡単に説明する。

第２図は光ファイバジャイロの基本構戒図である。レー
ザ光を発生する光源１より出た光は光分配器２で２方向
に分配され、光ファイバループ４をそれぞれ右回り、左
回りに伝搬する。光ファイバループ４を回転したそれぞ
れの光は再び光分配器２を通り光検知器３Ａに入射する
。この時、光ファイバルー１４が空間に対して回転（光
ファイバループだけでなく、この装置、光ファイバジャ
イロ全体が空間に対して回転していてよい）していると
、光ファイバループ４を右回り、左回りに伝搬している
光に位相差が生じる（サグナック効果として既に知られ
ている）。この位相差のため、光検知器３Ａには、両回
りの干渉光が到達し、光の位相差を検知できる。また、
この位相差Δθと光ファイバループの回転角速度Ωの間
にはΔθ＝ＡΩ　　　（Ａ：装置により決まる定数）の
関係があり、信号処理部３Ｂにて所定の掛け算を実行す
ることで回転角速度Ωを検出できる。これが光７アイバ
ノヤイロである。

本発明においては、この光ファイバジャイロの光ファイ
バループのみが、一つの平面で一点を中心に自由に回転
できるようになっている。この光ファイバループに前記
平面に平行な線加速度が働くと、光ファイバループは線
加速度方向に対応した回転を起こし、回転角速度が光フ
ァイバジャイロで検知される。そこで、この回転角速度
と前記線加速度の間にはどのような関係があるか第３図
で説明する。

第３図において、４は光ファイバループであり、紙面に
あるとする。Ｏは光ファイバループ４の回転中心、回転
軸は紙面に垂直である。Ｇは光ファイバループの重心、
Ｏ′は光ファイバループを加速度計本体に取り付ける固
定点、ＡＡ’は弾性体である。光ファイバループ４は弾
性的にＡＡ’で加速度計本体に取り付けられている。Ｏ
ＧＡＡ’は加速度が作用しない状態で一直線上にあり、
その時弾性体ＡＡ’は伸び縮みのない状態とする。

以上の条件のもと、線加速度が（Ｘ，Ｙ）静止座標系の
Ｘ方向に作用すると、加速度計に取り付けた（ｘ，ｙ）
座Ｗ系においては慣性力による加速度αが×方向に働く
。このため光ファイバループ４は回転中心Ｏを中心に回
転を起こすが、Ｏ点の抗力Ｒ，ＡＡ’による弾性力Ｆの
ため光ファイバループは（ｘ，ｙ）座標系に対し少し回
転し、加速度があるにもかかわらずＲ，Ｆとつり合って
静止する。

これに、さらに力が働くと、光ファイバループは再び回
転を起こし、前と同様（ｘ，ｙ）座標系に対し静止する
。このように力が新たに働き始めることで、つり合いの
位置より回転を起こす。これは（ｘｔｙ）座標系より見
ると、光ファイバループに撃力が働いて回転を起こし、
光ファイバループに働く抗力により静止すると考えるこ
とが出米る。

Ｘ袖においてｆなる力が時間δｔだけ働いて、光７７イ
パルーブ４の回転角速度がｄφ／ｄｔ（＝Ω）になった
と考える（但し、φ：回転角）。

光ファイバループ４の質量をＭ、回転軸に関する慣性モ
ーメントを工とする。

Ｍ−Ｌ−　＝ｆ ｄｔ２ Ｉ　』タニ＝　ｒ−　ｃ　　　（ｇ＋．ｔｏａのｉｇ）
ｄＬ２ が戊立し、この２式より Ｍ＜２　　ｄ２ｘ　　＝　Ｉヱ土　　　　・・・（１）
ｄＬ２ｃｌｔ２ 又、 となり、これと（１）式より加速度は となる。

ると、δＬは微少な一定値としてもよいので（ｄφ／ｄ
ｔ）を加速度が作用した時の初期値とすると（２）式は ８′゛一　　−”−　　　　　　　・・・（３）一　　
ａ ｄｔ２ｃｌｔ となる。ａは［ＬＴ−’］の次元をもつ定数とする。

第１図の構戒では光検知・信号処理部３で得た回転角速
度（ｄφ／ｄｔ）に対し係数部５によって（３）式中の
定数ａの掛け算を実施して加速度出力を得る。なお、（
３）式は加速度計上の（ｘ＝ｙ）座標系のＸ軸において
加速度の変化量のみしか検知しないから、（Ｘ，Ｙ）静
止座標系のＸ軸における加速度はＸ軸における加速度の
和となる。例えば、時刻ｔｌｌｔ２１Ｌ３ｔ・・・・・
・，ｔ，，に加速度計がα１，α２，α３，・・・・・
・，α、と加速度を検知するなら、移動物体の時刻ｔ、
における（Ｘ，Ｙ）静止座標系での加速度はａｌ＋α２
＋αつ＋・・・・・・十ａ９　　　　　・・・（４）と
なる。

このように実施例に示した本加速度計は光ファイバジャ
イロにおける光ファイバループを使用して線加速度を検
出できることを示している。

上記実施例の加速度計においては、光ファイバループ（
振り子）に第３図の弾性体ＡＡ’を用いて振り子の回転
力と抗力をつり合わせたが、これは何も弾性体である必
要はない。電気的磁気的なものでもよい。

この電気的又は磁気的な力を与える場合は、これを振り
子の回転力に対する復元力として用い、振り子の位置を
信号的にＯ位に保たせるような構戒を採用することもで
き、この上うな構或を第４図に本発明の他の実施例とし
て示す。この図において、光ファイバジャイロ部には復
元力発生用装置１０が設置されている。すなわち、光フ
ァイバジャイロ部の光ファイバループ４には復元力発生
用可動側部材１１が取り付けられ、加速度計本体側には
前記可動側部材１１との間で振り子の位置を信号的にＯ
位にするような光検知・信号処理部３よりの光ファイバ
ループの回転角速度に相等した電気的又は磁気的な復元
力を発生するための固定側部材１２が配設される。光フ
ァイバループ４が一平面内で一点を中心に回転自在に支
持されていること等は第１図の実施例と同様である。

そして、光ファイバジャイロ部の光検知・信号処理部３
よワ復元力発生用装置１０にフィードバック（光ファイ
バループ４の回転角速度に相等した信号）をかけ復元力
を制御して、その復元力より加速度を計測する方が精度
的にも望ましい。この場合は、静止座標系Ｘ釉における
加速度は、復元力を用いて計測しているため、前記（４
）式は或立せず、移動座標系Ｘ軸で計測した値が物体（
加速度計）に働く加速度となる。

第５図は本発明で用いる加速度検出用振り子としての光
ファイバループ４の回転軸の取り方の具体例であり、同
図（Ａ）は回転軸が光ファイバループ４の内側位置にあ
る場合、同図（Ｂ）は回転紬が光ファイバループ４の外
側位置にある場合、同図（Ｃ）は回転紬が光ファイバル
ープ４の中央部にあるが、光ファイバループに錘２０を
付けて重心Ｇを下にした場合である。このように、回転
軸は任意の位置に取れることを第５図は示している。但
し、回転軸はループ面に垂直でループの重心は通らない
とする。

なお、上記各実施例において、光７７イバルーブは一平
面」：にあれば形状は仔意でよい。

（発明の効果） 以上説明し．たように、本発明の允ファイバンヤイロ型
加速度計によれば、光ファイバジャイロの光ファイバル
ープを加速度検出用の振り子として用い、この振り子の
回転角速度を光ファイバジャイロのサグナック効果によ
り検出することにより、線加速度を高精度で簡単な機構
により検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光ファイバジャイロ型加速度計の
実施例を示す基本構或図、第２図は光７Ｔイパジャイロ
の基本構或図、第３図は実施例の動作説明図、第４図は
本発明の他の実施例を示す構戒図、第５図は光ファイバ
ループの回転軸の取り方の具体例を示す斜視図である、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一平面内で光ファイバジャイロの光ファイバルー
   プを一点を中心に自由に回転できるように配置し、該光
   ファイバループの配置されている平面に平行に働く力に
   よる前記光ファイバループの回転角速度を前記光ファイ
   バジャイロで検知して前記平面に平行に働く力による加
   速度を検出することを特徴とする光ファイバジャイロ型
   加速度計。