JPH0323845B2 - - Google Patents

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JPH0323845B2
JPH0323845B2 JP60125244A JP12524485A JPH0323845B2 JP H0323845 B2 JPH0323845 B2 JP H0323845B2 JP 60125244 A JP60125244 A JP 60125244A JP 12524485 A JP12524485 A JP 12524485A JP H0323845 B2 JPH0323845 B2 JP H0323845B2
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JP
Japan
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light
optical fiber
phase
phase modulator
modulation
Prior art date
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JP60125244A
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Japanese (ja)
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JPS61284607A (en
Inventor
Yozo Nishiura
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Publication of JPH0323845B2 publication Critical patent/JPH0323845B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光フアイバジヤイロに関するもので
あり、更に詳述するならば、スケールフアクタが
安定し且つダイナミツクレンジが広い光フアイバ
ジヤイロに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an optical fiber iron, and more specifically, to an optical fiber iron having a stable scale factor and a wide dynamic range.

従来の技術 現在、航空気、飛翔体、自動車、ロボツトなど
のナビゲーシヨンや姿勢制御のための角速度セン
サとしてジヤイロが使用されている。このジヤイ
ロを使用すれば、角速度だけでなく、それを積分
することにより方位などのデータも得ることがで
きる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Currently, gyros are used as angular velocity sensors for navigation and attitude control of aircraft, flying objects, automobiles, robots, and the like. By using this gyro, you can obtain not only angular velocity but also data such as direction by integrating it.

そのようなジヤイロの中で、光フアイバジヤイ
ロは、光及びその光が伝搬する光フアイバが磁界
や電界の影響を受け難いため、シールドの問題な
くどのような環境でも使用でき、また、可動部が
全くなく且つ小型化が可能であり、更に、最小検
出可能角速度(感度)、ドリフト、可測範囲(ダ
イナミツクレンジ)、スケールフアクタの安定性
の点において、従来のジヤイロに比較して優れて
いるために、近年注目され開発されている。
Among these types of gyroscopes, optical fiber gyroscopes can be used in any environment without shielding problems because the light and the optical fiber through which the light propagates are not easily affected by magnetic fields or electric fields, and they have no moving parts. Furthermore, it is superior to conventional gyroscopes in terms of minimum detectable angular velocity (sensitivity), drift, measurable range (dynamic range), and scale factor stability. Therefore, it has been attracting attention and being developed in recent years.

そのような光フアイバジヤイロの例は、例え
ば、ギヤロレンジ テー.ジー.、ブカロ ジエ
ー.エー.他〓光フアイバセンサ技術〓アイ イ
ー イーイージヤーナル オブ カンタム エレ
クトロニクス(Giallorenzi T.G., Bucaro J.
A. et al“Optical Fiber Sensor Technology”,
IEEE J. of Quantum Electronics)QE−18,
No.4,pp626−662(1982)やクラシヨウ及びア
イ.ピー.ギレス〓光フアイバジヤイロスコー
プ〓ジヤーナル オブ フイジクス エレクトロ
ニクス サイエンス インストルメント
(Culshawand I.P.Giles“Fiber Optic
Gyroscopes”J.Phys.E:Sci Instrum.)16 pp5
−15,(1983)や、坪川、大塚「光フアイバジヤ
イロスコープ」レーザ研究,11,No.12,pp889−
902(1983)などに詳しく示されている。
Examples of such fiber optic tires include, for example, gear range gear. G. , Bukalo J. A. Others = Optical Fiber Sensor Technology = IEEJ Annual of Quantum Electronics (Giallorenzi TG, Bucaro J.
A. et al “Optical Fiber Sensor Technology”,
IEEE J. of Quantum Electronics) QE−18,
No. 4, pp626-662 (1982) and Kurashiyo and I. P. Culshawand IPGiles “Fiber Optic” Journal of Physics Electronics Science Instruments
Gyroscopes”J.Phys.E:Sci Instrument) 16 pp5
−15, (1983), Tsubokawa, Otsuka, “Optical Fiber Gyroscope” Laser Research, 11 , No. 12, pp889−
902 (1983) and others.

(a) 光フアイバジヤイロの原理 ここで、光フアイバジヤイロの原理を第6図
を参照して説明する。
(a) Principle of optical fiber coil The principle of optical fiber coil will now be explained with reference to FIG. 6.

発光素子10からの光をビームスプリツタ1
2により分割して、コイル状に多数回シングル
モード光フアイバ18を巻回した光フアイバル
ープすなわちセンサコイル20の両端に入力し
て、センサコイル20に右回り(CW)と左回
り(CCW)に光を伝搬させる。このとき、セ
ンサコイル20が角速度Ωで回転していると、
右回り光、左回り光に位相差△θが生じ、△θ
を測定することによつて角速度Ωを検出するも
のである。
The light from the light emitting element 10 is transmitted to the beam splitter 1
The optical fiber loop is made by winding the single mode optical fiber 18 many times in a coil shape, that is, the input is input to both ends of the sensor coil 20. Propagate light. At this time, if the sensor coil 20 is rotating at an angular velocity Ω,
A phase difference △θ occurs between clockwise light and counterclockwise light, and △θ
The angular velocity Ω is detected by measuring the .

センサコイル20の中を右回りに伝搬した光
及び左回りに伝搬した光の電界の強さEcw
Eccwは、次のように表わされる。
The electric field strength E cw of the light propagated clockwise and the light propagated counterclockwise in the sensor coil 20,
Eccw is expressed as follows.

Ecw=Ersin(ωt+△θ/2) Eccw=Etsin(ωt−△θ/2) 但し、Er、Et:左回り光及び右回り光の振幅 ω:光の角周波数 t:時間 △θ:サニヤツク効果による位相差 そのように位相差△θが生じた左回り光と右
回り光とをビームスプリツタ12で合成して、
受光素子26に入射する。その受光素子26の
検出強度から、位相差△θを知ることができ
る。その位相差△θは、次のように表すことが
できる。
E cw = E r sin (ωt + △θ/2) E ccw = E t sin (ωt − △θ/2) However, E r , E t : Amplitude of counterclockwise light and clockwise light ω : Angular frequency of light t: time △θ: phase difference due to sannyac effect The counterclockwise light and clockwise light with such a phase difference Δθ are combined by the beam splitter 12,
The light is incident on the light receiving element 26. The phase difference Δθ can be determined from the detected intensity of the light receiving element 26. The phase difference Δθ can be expressed as follows.

△θ=4πLa/cλΩ ……(1) 但し、L:センサコイルのフアイバ長 a:センサコイルの半径 c:真空中の光速度 λ:光の波長 Ω:回転角速度 これをサニヤツク効果という。 △θ=4πLa/cλΩ ……(1) However, L: fiber length of sensor coil a: Radius of sensor coil c: speed of light in vacuum λ: wavelength of light Ω: rotational angular velocity This is called the sanyatsuk effect.

位相差△θの検出方法には多様なものがあ
り、様々なものが提案されている。
There are various methods of detecting the phase difference Δθ, and various methods have been proposed.

最も簡単に、左回り光、右回り光の和を、受
光素子で二乗検波すると、出力Iは、 I∝{1+cos(△θ)} ……(2) という形になる。
Most simply, when the sum of the counterclockwise light and the clockwise light is square-law detected using a light receiving element, the output I becomes I∝{1+cos(△θ)}...(2).

これはcosの中に△θがあるので、△θが0
に近い時の感度が悪いという欠点がある。
This is because △θ is in cos, so △θ is 0
The disadvantage is that the sensitivity is poor when close to .

そこで、左回り、右回りの光のいずれかの位
相を90゜ずらして、二乗検波するという光学機
構が提案されている。この場合、出力Iは、 I∝{1+sin(△θ)} ……(3) の形になるから、△θが0に近い時の感度が良
い。
Therefore, an optical mechanism has been proposed in which the phase of either the counterclockwise or clockwise light is shifted by 90 degrees and square-law detection is performed. In this case, the output I takes the form I∝{1+sin(△θ)} (3), so the sensitivity is good when △θ is close to 0.

しかし、いずれか一方の光を分離するために
は、光路を分離するための新たなビームスプリ
ツタが3つ必要になる。また、分離された光路
の長さを常に等しくしておかなければならな
い。
However, in order to separate one of the lights, three new beam splitters are required to separate the optical paths. Furthermore, the lengths of the separated optical paths must always be made equal.

△θが0に近い時の感度の改善を、上述した
ように静的な光学的な検出機構によつて行うに
は、上記のような難点がある。
Improving the sensitivity when Δθ is close to 0 by using a static optical detection mechanism as described above has the above-mentioned difficulties.

(b) 位相変調方式光フアイバジヤイロ そこで、動的な機構によつて、△θを検出し
ようとする光フアイバジヤイロも多く提案され
ている。例えば、位相変調方式、周波数変調方
式などである。その中で、最小検出可能角速度
などの点で最も優れているものが、位相変調方
式光フアイバジヤイロである。
(b) Phase modulation type optical fiber irons Therefore, many optical fiber irons that attempt to detect △θ using a dynamic mechanism have been proposed. For example, a phase modulation method, a frequency modulation method, etc. are used. Among them, the phase modulation optical fiber iron is the most superior in terms of minimum detectable angular velocity.

位相変調方式光フアイバジヤイロは、光フア
イバのセンサコイルの一方の端に、位相変調素
子を設け、変調信号の大きさを測定することに
より位相差△θを求める方式である。
The phase modulation type optical fiber iron is a type in which a phase modulation element is provided at one end of an optical fiber sensor coil, and the phase difference Δθ is determined by measuring the magnitude of the modulation signal.

その位相変調方式光フアイバジヤイロについ
て第7図を参照して説明する。
The phase modulation type optical fiber iron will be explained with reference to FIG.

発光素子10からの可干渉光は、ビームスプ
リツタ12により2つに分けられ、光フアイバ
18の両端に結合される。その光フアイバ18
は、センサコイル20を構成するように巻回さ
れた部分と、角周波数ωnで駆動されるピエゾ
素子のような位相変調素子22に巻き付けられ
た部分24とに分けられている。そして、光フ
アイバの両端から結合された光は、それぞれ、
光フアイバのセンサコイル20内を右回りと左
回りに伝搬し、反対側の端部より出射し、ビー
ムスプリツタ12により合成されて受光素子2
6に入射する。
The coherent light from the light emitting element 10 is split into two by a beam splitter 12 and coupled to both ends of an optical fiber 18 . The optical fiber 18
is divided into a portion wound to constitute a sensor coil 20 and a portion 24 wound around a phase modulation element 22 such as a piezo element driven at an angular frequency ω n . The light coupled from both ends of the optical fiber is
It propagates clockwise and counterclockwise within the optical fiber sensor coil 20, exits from the opposite end, is combined by the beam splitter 12, and is sent to the light receiving element 2.
6.

位相変調素子をセンサコイルに対して非対称
な位置に設けると、同時に発光素子を出た光
が、右回り、左回りに分けられてセンサコイル
と位相変調素子巻回部とを通過するが、変調の
時刻が異なるので、受光素子で出力を二乗検波
した時、変調信号が出力に現われる。変調信号
の振幅に△θが含まれるから、変調信号の大き
さを知つて△θを求めることができる。
When the phase modulation element is installed at an asymmetric position with respect to the sensor coil, the light emitted from the light emitting element at the same time passes through the sensor coil and the phase modulation element winding part in clockwise and counterclockwise directions, but the light is not modulated. Since the times are different, when the output is square-law detected by the light receiving element, a modulated signal appears in the output. Since Δθ is included in the amplitude of the modulation signal, Δθ can be determined by knowing the magnitude of the modulation signal.

例えば、位相変調器を左回り光の入射端の近
傍に設けたとする。光フアイバのセンサコイル
の長さがL、フアイバコアの屈折率をn、光速
をcとすると、光がセンサコイルを通過するに
要する時間τは τ=nL/c ……(4) である。
For example, assume that a phase modulator is provided near the input end of counterclockwise light. When the length of the optical fiber sensor coil is L, the refractive index of the fiber core is n, and the speed of light is c, the time τ required for light to pass through the sensor coil is τ=nL/c (4).

変調信号が、上記したように、角周波数ωn
の正弦波であるとする。同時に発光素子を出た
光が、右回り光、左回り光に分かれ、それぞれ
位相変調を受ける時の、変調信号の位相差φ
は、 φ=ωnτ =nLωn/c =2πfnnL/c ……(5) 但し、ωn=2πfn となる。
As mentioned above, the modulation signal has an angular frequency ω n
Suppose that it is a sine wave. The phase difference φ of the modulation signal when the light emitted from the light emitting element at the same time is divided into clockwise light and counterclockwise light, each undergoing phase modulation.
φ=ω n τ =nLω n /c =2πf n nL/c (5) However, ω n =2πf n .

サニヤツク効果により、右回り光、左回り光
は、±△θ/2の位相差を持つが、位相変調素
子によつて、位相がさらに変調される。位相変
調素子の振幅をbとすると、右回り光、左回り
光の電界の強さEcw、Eccwは、 Ecw=Ersin{ωt+△θ/2+bsin(ωnt+φ)} ……(6) Eccw=ELsin{ωt−△θ/2+bsin(ωnt)} ……(7) となる。
Due to the sannyac effect, the clockwise light and the counterclockwise light have a phase difference of ±Δθ/2, but the phase is further modulated by the phase modulation element. If the amplitude of the phase modulation element is b, the electric field strengths E cw and E ccw of the clockwise and counterclockwise lights are E cw = E r sin {ωt + △θ/2 + bsin (ω n t + φ)} ...( 6) E ccw = E L sin {ωt−△θ/2+bsin(ω n t)} ...(7).

以上のような電界強度を有する右回り光、左
回り光は、ビームスプリツタ12で合成されて
受光素子26によつて二乗検波されるので、受
光素子の出力S(△θ,t)はEcwとEccwの和を
二乗したものに比例する。
The clockwise light and counterclockwise light having the electric field strengths as described above are combined by the beam splitter 12 and square-law detected by the light receiving element 26, so the output S(Δθ, t) of the light receiving element is E It is proportional to the square of the sum of cw and Eccw .

S(△θ,t)−{Ecw+Eccw2 ……(8) これを計算すると、 S(△θ,t)=ErELcos{△θ+2bsin(φ/2)cos
(ωnt+φ/2)}+D.C.+{2ω以上}……(9) 但し、D.C.は直流成分を意味する。
S (△θ, t) − {E cw + E ccw } 2 ...(8) Calculating this, S (△θ, t) = E r E L cos {△θ + 2bsin (φ / 2) cos
n t+φ/2)}+D.C.+{2ω or more}...(9) However, DC means a direct current component.

{2ω以上}は、光の角振動数の2倍の振動
数の項という意味である。なお、これは検出器
にはかからないので0である。
{2ω or more} means a term with a frequency twice the angular frequency of light. Note that this is 0 because it is not applied to the detector.

となる。かくして、位相変調素子によりもたら
される位相差φがあるので、△θを、変調信号
の振幅に関係づけて得ることができる。
becomes. Thus, because of the phase difference φ provided by the phase modulation element, Δθ can be obtained in relation to the amplitude of the modulation signal.

そこで、D.C.を省略して、S(△θ,t)を
ベツセル函数を使つて級数展開する。まず、(9)
式は次のように表される。
Therefore, DC is omitted and S(△θ, t) is expanded into a series using the Betzel function. First, (9)
The formula is expressed as follows.

S(△θ,t)=ErEL〔cos△θcos{2bsinφ/2cos(
ωnt+φ/2)}−sin△θsin{2bsiφ/2cos(ωn
t+φ/2)}……(10) 一方、ベツセル函数の母函数展開から、 である。t=ei〓と置くと、 eixsin〓=n=-∞ Jo(x)eni〓 …(12) と表わすことができる。(12)式の実数部、虚数部の
展から、(10)式のcos、sinの部分の級数展数を得る
ことができる。S(△θ,t)を、これらの部分
に分けて、 S(△θ,t) =(Sccos△θ+Sssin△θ)ErEL …(13) と書くと、θ→θ+π/2の変換した後、 J-o(x)=(−)nJo(x) …(14) 但し、nは正の整数 という性質を使つて、 ξ=2bsinφ/2 …(15) とおいて、上記ScとSsを書くと、 Sc=Jp(ξ)+2n=1 (−)nJ2o(ξ)cos2nωn
…(16) So=2n=0 (−)nJ2o+1(ξ)cos(2n+1)ωn
…(17) となる。そこで、再び、S(△θ,t)を表すと
次の如くである。
S(△θ,t)=E r E L [cos△θcos{2bsinφ/2cos(
ω n t+φ/2)}−sin△θsin{2bsiφ/2cos(ω n
t+φ/2)}...(10) On the other hand, from the generating function expansion of the Betzel function, It is. By setting t=e i 〓, it can be expressed as e ixsin 〓= n=-∞ J o (x) e ni 〓 …(12). From the expansion of the real and imaginary parts of equation (12), we can obtain the series expansion numbers of the cos and sin parts of equation (10). Divide S (△θ, t) into these parts and write S (△θ, t) = (S c cos △ θ + S s sin △ θ) E r E L … (13), then θ → θ + π /2 conversion, J -o (x)=(-) n J o (x) ...(14) However, using the property that n is a positive integer, ξ=2bsinφ/2 ...(15) Then, writing S c and S s above, S c = J p (ξ) + 2 n=1 (−) n J 2o (ξ) cos2nω n t
…(16) S o =2 n=0 (−) n J2 o+1 (ξ)cos(2n+1)ω n t
…(17) becomes. Therefore, S(Δθ, t) is expressed as follows again.

S(△θ,t)=1/2(Er 2+EL 2)+(2ωt以上の
成分)+ErELJ0(ξ)cos△θ+ErELn=1 (−1)nJ2o
(ξ)・cos2nωnt・cos△θ +ErEL 〓 〓n=0 (−1)nJ2o+1(ξ)cos(2n+1)ωnt・sin△θ
……(10)′ =DC成分+2ErELJ1(ξ)cosωnt・sin△θ−2ErELJ2(
ξ)cos2ωnt・cos△θ+高次成分……(10)″ これは、変調信号ωnの基本波と、高周波信号
の級数和である。
S (△θ, t) = 1/2 (E r 2 + E L 2 ) + (components over 2ωt) + E r E L J 0 (ξ) cos △ θ + E r E L 2 n=1 (-1 ) n J 2o
(ξ)・cos2nω n t・cos△θ +E r E L 2 〓 〓 n=0 (−1) n J2 o+1 (ξ)cos(2n+1)ω n t・sin△θ
……(10)′ = DC component + 2E r E L J 1 (ξ)cosω n t・sin△θ−2E r E L J 2 (
ξ) cos2ω n t·cosΔθ+higher-order component...(10)'' This is the sum of the series of the fundamental wave of the modulation signal ω n and the high-frequency signal.

適当なフイルタを使えば、基本波ωn又は任意
の次数の高周波の信号を取り出すことができる。
どの信号を採用しても、cos△θ又はsin△θの大
きさを知ることができる。
By using an appropriate filter, it is possible to extract the fundamental wave ω n or a high frequency signal of any order.
No matter which signal is adopted, the magnitude of cos Δθ or sin Δθ can be known.

その場合、その次数のベツセル函数Jo(ξ)の
値が大きくなるよう、位相変調素子による変調の
振幅b、変調角周波ωn、センサコイル通過時間
τを設定すべきである。
In that case, the amplitude b of modulation by the phase modulation element, the modulation angular frequency ω n , and the sensor coil transit time τ should be set so that the value of the Betzel function J o (ξ) of that order becomes large.

最も高感度が期待できるのは、(17)式の1次
の項(n=0)すなわち(10)″式の右辺第2項であ
る。これは、基本波成分である。この基本波成分
をP(△θ,t)とすると、 P(△θ,t) =2ErELJ1(ξ)cosωnt・sin△θ
……(18) である。かくして、sin△θに比例した出力がえ
られ、基本波成分の振幅を求めて、△θを知るこ
とができる。
The highest sensitivity can be expected from the first-order term (n=0) in equation (17), that is, the second term on the right side of equation (10).This is the fundamental wave component.This fundamental wave component If P (△θ, t), then P (△θ, t) = 2E r E L J 1 (ξ) cosω n t・sin△θ
...(18). In this way, an output proportional to sin △θ is obtained, and △θ can be found by finding the amplitude of the fundamental wave component.

更に、J1(ξ)最大にすると感度が良くなるの
で、ξ=1.8に設定する。このとき、直流成分Jo
(ξ)はほぼ0である。
Furthermore, since sensitivity improves when J 1 (ξ) is maximized, ξ is set to 1.8. At this time, the DC component J o
(ξ) is approximately 0.

以上が位相変調方式の光フアイバジヤイロの基
本構成である。
The above is the basic configuration of a phase modulation type optical fiber pilot.

発明が解決しようとする問題点 上記した(18)式を見て分かるように、右回り
光、左回り光の振幅Er、ELが、受光素子出力の
基本波成分Pの振幅の中に含まれる。また、J1
(ξ)という係数もある。
Problems to be Solved by the Invention As can be seen from equation (18) above, the amplitudes E r and E L of the clockwise light and counterclockwise light are within the amplitude of the fundamental wave component P of the light receiving element output. included. Also, J 1
There is also a coefficient called (ξ).

このような出力から、△θを正確に求めるため
には、Er、EL、J1(ξ)の値が安定していなけれ
ばならない。
In order to accurately determine Δθ from such an output, the values of E r , E L , and J 1 (ξ) must be stable.

しかしながら、これらEr、EL、J1(ξ)の値は
変動する。特に、光の振幅Er、ELは変動し易い。
Er、ELは、光源の出力の変動、光路差を除去す
るために挿入する偏光子を通過する光量の変動、
光学系の位置ずれなどによつて簡単に変化してし
まう。
However, the values of E r , E L , and J 1 (ξ) vary. In particular, the light amplitudes E r and E L tend to fluctuate.
E r and E L are fluctuations in the output of the light source, fluctuations in the amount of light passing through the polarizer inserted to remove the optical path difference,
It can easily change due to misalignment of the optical system, etc.

また、たとえ、フアイバに入射するときの偏波
方向を定めておいても、フアイバ中を伝搬する内
に温度、圧力、歪等の影響で偏波状態が変動し、
出射光の偏波は一定でない。
Furthermore, even if the direction of polarization when entering the fiber is determined, the state of polarization will fluctuate as it propagates through the fiber due to the effects of temperature, pressure, strain, etc.
The polarization of the emitted light is not constant.

この結果、受光素子に対する光の振幅Er、EL
が変動することになる。
As a result, the amplitudes of light E r and E L for the light receiving element are
will change.

このようなスケールフアクタの変動の他に、△
θをsin△θの形で検出することから、検出範囲
が、△θをsin△θに極めて少ない誤差で近似べ
きる範囲に制限され、ダイナミツクレンジを広く
とることは難しい等の問題もある。
In addition to such fluctuations in scale factors, △
Since θ is detected in the form of sin△θ, the detection range is limited to the range in which △θ can be approximated to sin△θ with extremely small errors, and there are problems such as it is difficult to obtain a wide dynamic range. .

そこで、本発明は、スケールフアクタが上記し
たEr、ELに依存せず、且つ、△θがsin△θに近
似できる範囲に制限されずに広いダイナミツクレ
ンジを有する光フアイバジヤイロを提供せんとす
るものである。
Therefore, the present invention provides an optical fiber coil whose scale factor does not depend on the above-mentioned E r and E L and which has a wide dynamic range without being limited to the range in which △θ can be approximated to sin △θ. That is.

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明によるならば、第1図に示す
ように、発光素子10と、多数回コイル状に巻回
されたセンサコイル部分20を含み且つ前記発光
素子10からの光がビームスプリツタ28で分岐
されて両端に結合され該センサコイル20を両方
向に伝搬した光を両端から出力する光フアイバ1
8と、該光フアイバ18を伝搬した両回り光を受
ける受光素子26とを具備し、前記センサコイル
が回転したときに生ずる両回り光間の位相差から
回転角速度を測定する光フアイバジヤイロにおい
て、前記センサコイルの一端付近に位相変調器3
0を設け、両回り光が分岐してから前記位相変調
器30に到達するまでの時間差をτとするとき、
周期が2τで且つデユーテイが1/2の三角波パル
ス32で前記位相変調器30が駆動される一方、
前記光フアイバからの出射光の合成光を受ける前
記受光素子の出力から、回転により生じた位相差
と、前記位相変調器による変調により両回り光間
に生じた位相差との大小を比較し、大である時間
と小である時間の比から回転角速度を検出するこ
とを特徴とする光フアイバジヤイロが提供され
る。
Means for Solving the Problems According to the present invention, as shown in FIG. An optical fiber 1 whose light is split by a beam splitter 28, coupled to both ends, and which propagates through the sensor coil 20 in both directions and outputs the light from both ends.
8 and a light-receiving element 26 that receives the bidirectional light propagated through the optical fiber 18, and measures the rotational angular velocity from the phase difference between the bidirectional light generated when the sensor coil rotates. A phase modulator 3 is installed near one end of the sensor coil.
0, and when the time difference from when the two-way light is split until it reaches the phase modulator 30 is τ,
While the phase modulator 30 is driven by a triangular wave pulse 32 with a period of 2τ and a duty of 1/2,
Comparing the magnitude of the phase difference caused by rotation from the output of the light receiving element that receives the combined light of the light emitted from the optical fiber and the phase difference caused between the two directions of light due to modulation by the phase modulator, An optical fiber gyroscope is provided which is characterized in that a rotational angular velocity is detected from the ratio of a large time to a small time.

作 用 以上のような構成において、ビームスプリツタ
28から、センサコイル20を通過しない側の位
相変調器30まで光フアイバの長さを無視すれ
ば、光フアイバ18の長さをL、屈折率をn、光
速をcとすると、上記した(4)式から、τは、 nL/c で与えられる。
Effect In the above configuration, if the length of the optical fiber from the beam splitter 28 to the phase modulator 30 on the side that does not pass through the sensor coil 20 is ignored, the length of the optical fiber 18 is L, and the refractive index is When n is the speed of light and c is the speed of light, τ is given by nL/c from the above equation (4).

かくして、以上のような光フアイバジヤイロの
センサコイルを伝搬する右回り光、左回り光の受
ける位相変化を図示すると、第2図a及びbのよ
うになり、右回り光、左回り光との間にτだけ時
間差が生ずる。
In this way, the phase changes experienced by the clockwise and counterclockwise lights propagating through the sensor coil of the fiber optic gyroscope as described above are illustrated as shown in Figure 2 a and b, and the difference between the clockwise and counterclockwise lights is as follows. There is a time difference of τ.

そのような光フアイバジヤイロの右回り光、左
回り光は、 Ecw=Ersin(ω+φcw−△θ/2) Eccw=ELsin(ωt+φccw+△θ/2) と表すことができる。従つて、その右回り光Ecw
左回り光Eccwを二乗検波すると、S(△θ)は、 S(△θ)=1/2(Er 2+EL 2)+ErELcos{(
φcw−φccw)−△θ}……(19) と表すことができる。ここでφcw−φccwは時間の
関数である。これとをφ0(t)とおくと、φ0(t)
は第2図cのように表すことができる。
The clockwise and counterclockwise lights of such an optical fiber gyroscope can be expressed as E cw = E r sin (ω + φ cw −△θ/2) E ccw = E L sin (ωt + φ ccw + △θ/2) . Therefore, its clockwise light E cw ,
When the counterclockwise light E ccw is square-law detected, S(△θ) is: S(△θ) = 1/2 (E r 2 + E L 2 ) + E r E L cos {(
It can be expressed as φ cw −φ ccw )−△θ} (19). Here φ cw −φ ccw is a function of time. If we set this as φ 0 (t), then φ 0 (t)
can be expressed as shown in Figure 2c.

第3図a,c及びeは、△θのいろいろな値に
対する△θとφ0(L)との関係を示したものであ
る。
Figures 3a, c and e show the relationship between Δθ and φ 0 (L) for various values of Δθ.

そこで、(19)式の左辺の最後の項のcosの中が
正のときON、負のときOFFとなるようなパルス
列を発生させると、それぞれの△θに対して、第
3図b,d及びfに示すようなパルスが得られ
る。
Therefore, if we generate a pulse train that turns ON when the cos of the last term on the left side of equation (19) is positive and turns OFF when it is negative, then for each △θ, Figure 3 b and d Pulses as shown in and f are obtained.

ここで、一周期中のON、OFFの時間をそれぞ
れ、T2,T1とすると、 T1+T2=2τ となり、また、位相変調の最大幅巾をφnaxとする
と(第2図a)、φ0(t)の時間変化に対する傾
きは、 ±2φnax/τとなる。
Here, if the ON and OFF times in one cycle are T 2 and T 1, respectively, then T 1 + T 2 = 2τ, and if the maximum width of phase modulation is φ nax (Figure 2 a) , φ 0 (t) with respect to time change is ±2φ nax /τ.

これよりT1=τ−τ/φnax△θ T2=τ+τ/φnax△θ と表される。From this, it is expressed as T 1 =τ−τ/φ nax Δθ T 2 =τ+τ/φ nax Δθ.

例えば、 D(△θ)=T2−T1/T1+T2 ……(20) と置くと、 D(△θ)=(τ/φnax)・△θ/τ=1/φnax
△θ ……(20a) となる。すなわち、回転により生じた位相差△θ
と、前記位相変調器による変調により両回り光間
に生じた位相差(φcw−φccw)即ちφ0(t)との大
小を比較し、大である時間T2(又はT1)と小であ
る時間T1(又はT2)の比から、△θすなわちサニ
ヤツク位相差に比例した出力が得られる。その場
合のスケールフアクタはφnaxにのみ依存し、光量
の変化等の影響は受けない。
For example, if we set D(△θ)=T 2 −T 1 /T 1 +T 2 ...(20), then D(△θ)=(τ/φ nax )・△θ/τ=1/φ nax
△θ ……(20a) becomes. In other words, the phase difference △θ caused by rotation
and the phase difference (φ cw - φ cw ), that is, φ 0 (t), generated between the two directions of light due to the modulation by the phase modulator, and determine the time T 2 (or T 1 ) that is large. A small ratio of time T 1 (or T 2 ) results in an output proportional to Δθ, ie the sannyac phase difference. In this case, the scale factor depends only on φ nax and is not affected by changes in the amount of light, etc.

実施例 以下添付図面を参照して本発明による光フアイ
バセンサの実施例を説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the optical fiber sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第4図は、本発明を実施した位相変調方式光フ
アイバジヤイロの1実施例の構成を示した図であ
る。この位相変調方式光フアイバジヤイロは、光
フアイバジヤイロの基本的条件を備えた最小構成
を成している。なお、最小構成については、イゼ
キール エス.及びアーデイテイ エイチ.ジエ
ー.〓光フアイバ回転センサ〓スプリンガー−フ
エアラークベルリン(EzeKil S. and Arditty
H.J.“Fiber Optic Rotation Sensors”,
Springer−Verlag Berlin.)1982に詳しい説明が
ある。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of one embodiment of a phase modulation type optical fiber coil embodying the present invention. This phase modulation type optical fiber coil has a minimum configuration that meets the basic requirements of an optical fiber coil. Regarding the minimum configuration, please refer to Izekiel S. and ADT H. J.A. 〓Optical fiber rotation sensor〓 Springer-Verlag Berlin (EzeKil S. and Arditty
HJ “Fiber Optic Rotation Sensors”
Springer-Verlag Berlin.) 1982 has a detailed explanation.

図示の位相変調方式光フアイバジヤイロにおい
ては、三角波パルス32のような光源が設けら
れ、電源(不図示)により駆動されて、光ビーム
を発生する。なお、光源としては、He−Neレー
ザ、半導体レーザ、スーパールミネツセントダイ
オードなどが使用できる。その発光素子32が発
生する光ビームは、直列に並んだハーフミラーの
ようなビームスプリツタ34,36に送られる。
ビームスプリツタ34は、光を受光素子38に分
岐するためのものであり、また、ビームスプリツ
タ34は、光源32からの光を2つに分岐して、
光フアイバ40の両端に結合する。
In the illustrated phase modulation type optical fiber iron, a light source such as a triangular wave pulse 32 is provided and is driven by a power source (not shown) to generate a light beam. Note that as a light source, a He--Ne laser, a semiconductor laser, a superluminescent diode, etc. can be used. The light beam generated by the light emitting element 32 is sent to beam splitters 34 and 36, which are like half mirrors arranged in series.
The beam splitter 34 is for splitting the light to the light receiving element 38, and the beam splitter 34 is for splitting the light from the light source 32 into two.
It is coupled to both ends of the optical fiber 40.

光フアイバ42は、光フアイバセンサを構成す
るように、多数回コイル状に巻かれてセンサコイ
ル42と、位相変調器44及び46にそれぞれ結
合された部分とからなつている。
Optical fiber 42 is wound into a coil a number of times to form an optical fiber sensor, and includes a sensor coil 42 and a portion coupled to phase modulators 44 and 46, respectively.

一方の位相変調器46は、例えば、圧電振動素
子で構成され、位相変調用の交流励振電源48に
接続され、角周波数ωnの正弦波の交流で駆動さ
れるようになされている。この場合は、光フアイ
バ40は、例えば圧電振動素子46に巻き付けら
れる。
One of the phase modulators 46 is composed of, for example, a piezoelectric vibrating element, is connected to an AC excitation power source 48 for phase modulation, and is configured to be driven by a sinusoidal AC wave having an angular frequency ω n . In this case, the optical fiber 40 is wound around the piezoelectric vibrating element 46, for example.

他方の位相変調器44は、三角波で位相変調す
るためのものである。しかし、三角波での位相変
調は、圧電振動子の共振を利用する方法では実現
困難である。このため、LiNbO3等の電気光学結
晶を使つた方式が有効であると考えられる。変調
効率の点から、導波型素子にすることが望まし
い。例えば、第5図に示すように、LiNbO3基板
50の表面に光導波路52を設け、その光導波路
52を挟むように電極54及び56を埋め込んで
構成される。この場合、光導波路52が光フアイ
バ40の一方の端に挿入され、電極54及び56
の間に、三角波発生器48Aから周期2τの三角波
の変調電圧が印加される。
The other phase modulator 44 is for performing phase modulation with a triangular wave. However, phase modulation using a triangular wave is difficult to achieve using a method that utilizes the resonance of a piezoelectric vibrator. For this reason, a method using an electro-optic crystal such as LiNbO 3 is considered to be effective. From the viewpoint of modulation efficiency, it is desirable to use a waveguide type element. For example, as shown in FIG. 5, an optical waveguide 52 is provided on the surface of a LiNbO 3 substrate 50, and electrodes 54 and 56 are embedded so as to sandwich the optical waveguide 52. In this case, an optical waveguide 52 is inserted into one end of the optical fiber 40 and electrodes 54 and 56
During this period, a triangular wave modulation voltage with a period of 2τ is applied from the triangular wave generator 48A.

光フアイバ42を右回りと左回りとに伝搬した
光ビームは、光フアイバ42の両端から出力され
て、ビームスプリツタ36によりまとめられ、ビ
ームスプリツタ32を介して、受光素子38に入
射する。
The light beams propagated clockwise and counterclockwise through the optical fiber 42 are output from both ends of the optical fiber 42, are combined by the beam splitter 36, and are incident on the light receiving element 38 via the beam splitter 32.

その受光素子の電気出力は、同期検波器58の
入力に接続されている。この同期検波器58は、
上述した圧電振動素子46と同様に、位相変調用
の交流励振電源48に接続され、それぞれ角周波
数ωnの交流を受けるようになされている。そし
て、同期検波器58の出力は、信号処理器60に
入力される。その信号処理器60は、三角波発生
器48Aから位相変調の最大振幅φnaxを表す信号
を供給される。
The electrical output of the light receiving element is connected to the input of a synchronous detector 58. This synchronous detector 58 is
Similar to the piezoelectric vibrating element 46 described above, it is connected to an AC excitation power source 48 for phase modulation, and is adapted to receive alternating current having an angular frequency ω n . The output of the synchronous detector 58 is then input to the signal processor 60. The signal processor 60 is supplied with a signal representing the maximum amplitude φ nax of the phase modulation from the triangular wave generator 48A.

以上のように位相変調方式を採用する理由は、
第1図に示す基本構成では、受光素子の出力が
(19)式のような形では、その(19)式のcosの中
が0付近で検出を行う場合、cosの中が正でも負
でもcosの値と正となり、時間T1、T2を判別する
ことができないためである。第4図のように、第
2の位相変調器46Bの正弦波の位相変調の変調
角周波数をωnとすると、受光素子出力中のωn
分は次のように得られる。
The reason for adopting the phase modulation method as described above is
In the basic configuration shown in Figure 1, if the output of the light-receiving element is in the form shown in equation (19), if detection is performed when the cos of equation (19) is near 0, the cos may be positive or negative. This is because the value of cos is positive, and it is not possible to distinguish between times T 1 and T 2 . As shown in FIG. 4, when the modulation angular frequency of the sine wave phase modulation of the second phase modulator 46B is ω n , the ω n component in the output of the light receiving element is obtained as follows.

S(△θ)=2ErELJ1(2bsinφ/2)cosωnt・
sin{(φcw−φccw)−△θ}……(21) 但し、b:変調度、φ=nL/c・ωn この結果、sinの中が0近くで変化する場合、
そのsinの中の正負をsinの値の正負により判別す
ることができることは容易に確認できる。
S(△θ)=2E r E L J 1 (2bsinφ/2) cosω n t・
sin {(φ cw −φ ccw )−△θ}……(21) However, b: modulation degree, φ=nL/c・ω n As a result, if the inside of sin changes near 0,
It can be easily confirmed that the sign of the sin can be determined by the sign of the sin value.

以上のように構成される位相変調方式光フアイ
バジヤイロは次のように動作する。
The phase modulation type optical fiber coil constructed as described above operates as follows.

電源により駆動される発光素子32からの光ビ
ームは、ビームスプリツタ34を通過してビーム
スプリツタ36で2つに分岐され光フアイバ40
の両端に結合される。
A light beam from a light emitting element 32 driven by a power source passes through a beam splitter 34 and is split into two by a beam splitter 36 and then connected to an optical fiber 40.
is connected to both ends of the

光フアイバ40に入力された光ビームは、回転
を受けているセンサコイル42の部分で位相差が
でき、また、交流励振電源48からの角周波数
ωnの正弦波交流で駆動される圧電振動素子46
及び電気光学効果位相変調器44にそれぞれ結合
された部分において位相変調される。
The light beam input to the optical fiber 40 has a phase difference at the part of the sensor coil 42 undergoing rotation, and a piezoelectric vibrating element driven by a sinusoidal alternating current with an angular frequency ω n from an alternating current excitation power source 48. 46
and the portions coupled to the electro-optic effect phase modulator 44 are phase modulated.

そのように光フアイバ40において位相差がで
き且つ位相変調された右回り光ビームと左回り光
ビームは、光フアイバ40の両端から出力され
て、ビームスプリツタ36により合成され、更
に、ビームスプリツタ32を介して受光素子38
に入射する。
The clockwise light beam and the counterclockwise light beam, which have a phase difference and are phase-modulated in the optical fiber 40, are output from both ends of the optical fiber 40, are combined by the beam splitter 36, and are further combined by the beam splitter 36. The light receiving element 38 via 32
incident on .

その受光素子38の出力は、同期検波器58に
ωnで同期検波され、上記した(21)式で表され
る出力が信号処理器60に出力される。その信号
処理器60は、入力信号が負である時間T1と正
である時間T2とを求め、上記した(20)式の演
算をし、更に、(20a)式によりφnaxで割り△θを
表す信号を出力する。
The output of the light receiving element 38 is synchronously detected by a synchronous detector 58 at ω n , and the output expressed by the above equation (21) is output to the signal processor 60. The signal processor 60 calculates the time T 1 when the input signal is negative and the time T 2 when it is positive, calculates the above equation (20), and further divides by φ nax according to equation (20a). Outputs a signal representing θ.

ここで、電気光学効果位相変調器44の必要な
変調電圧を計算してみると、次のようになる。電
気光学効果位相変調器44における電気光学効果
による位相変化を表すと次のようになる。
Here, when the required modulation voltage of the electro-optic effect phase modulator 44 is calculated, it is as follows. The phase change due to the electro-optic effect in the electro-optic effect phase modulator 44 is expressed as follows.

φ=k△nl =1/2kn3γEl ……(22) 但し、k=2π/λ λ:波長 n:屈折率 γ:電気光学定数 E:電界(Vnax/t) Vnax:電極54及び56間に印加される最大
電圧 t:電極54及び56間距離 l:電極54及び56の長さ また、光の偏波、電界の印加方向を適当に選ぶ
ことにより、LiNbO3のrが最大になるr33を利用
できる。このとき、(22)式の最大値φnaxは、 λ=0.83×10-6(m)、n=2.29、 γ=30.8×10-12(m/v)、t=10×10-6(m)、 l=5×10-3(m)として、 φnax=1/2kn3γVnax/tl=1/2×2π/0
.83×10-6×(2.29)3×(30.8×10-12) ×Vnax/10×10-6×5×10-3=0.7Vnax(rad
)……(23) となる。一方、第3図から△θの検出範囲はφnax
までであることがわかる。従つて、例えば、フア
イバ長200m、コイル半径25×10-3(m)を考えた
場合、(1)式により、 △θ=4πLa/cπΩ=4π×200×25×10-3/3×10
8×0.83×10-6Ω=0.25Ω(rad)……(24) となる。従つて、(23)式、(24)式より、Vnax
は、計測最大角速度Ωnaxに対して、 Vnax=0.25/0.7Ωnax=0.36Ωnax(V) との関係になる。それ故、Ωnax=300゜/sec=
5.2rad/secとすると、 Vnax=1.8(V) と十分低い電圧で上記測定は実現できる。
φ=k△nl =1/2kn 3 γEl ...(22) However, k=2π/λ λ: wavelength n: refractive index γ: electro-optic constant E: electric field (V nax /t) V nax : electrode 54 and Maximum voltage applied between the electrodes 56 t: Distance between the electrodes 54 and 56 l: Length of the electrodes 54 and 56 In addition, by appropriately selecting the polarization of the light and the direction of applying the electric field, r of LiNbO 3 can be maximized. Naru R 33 is available. At this time, the maximum value φ nax in equation (22) is as follows: λ=0.83×10 -6 (m), n=2.29, γ=30.8×10 -12 (m/v), t=10×10 -6 ( m), l=5×10 -3 (m), φ nax =1/2kn 3 γV nax /tl=1/2×2π/0
.83×10 -6 × (2.29) 3 × (30.8×10 -12 ) ×V nax /10×10 -6 ×5×10 -3 =0.7V nax (rad
)...(23) becomes. On the other hand, from Fig. 3, the detection range of △θ is φ nax
It can be seen that up to Therefore, for example, if we consider a fiber length of 200 m and a coil radius of 25×10 -3 (m), then according to equation (1), △θ=4πLa/cπΩ=4π×200×25×10 -3 /3×10
8 ×0.83×10 -6 Ω=0.25Ω (rad)……(24) Therefore, from equations (23) and (24), V nax
The relationship is V nax = 0.25/0.7Ω nax = 0.36Ω nax (V) with respect to the measured maximum angular velocity Ω nax . Therefore, Ω nax =300°/sec=
Assuming 5.2 rad/sec, the above measurement can be achieved with a sufficiently low voltage of V nax =1.8 (V).

なお、上記実施例の説明において、T1、T2
求めて(20)式、(20a)式により計算をする信
号処理器60の具体的構成について説明を省略し
た。しかし、当業者には、デジタル式でもアナロ
グ式でも容易に実現できることは明らかであろ
う。例えば、デジタル式の場合、高速クロツクを
入力信号が正の期間と負の期間でそれぞれカウン
トし、そのカウント値をT1、T2として、必要な
演算処理をすればよい。
In addition, in the description of the above embodiment, a description of the specific configuration of the signal processor 60 that obtains T 1 and T 2 and performs calculations using equations (20) and (20a) is omitted. However, it will be clear to those skilled in the art that both digital and analog implementations are readily possible. For example, in the case of a digital type, the high-speed clock may be counted during each period when the input signal is positive and when the input signal is negative, and the necessary arithmetic processing may be performed using the counted values as T 1 and T 2 .

また、三角波による位相変調器は、電気光学効
果を利用したものに限らず、三角波による位相変
調が可能ならば、どのような素子を使用してもよ
い。
Further, the phase modulator using a triangular wave is not limited to one that utilizes an electro-optic effect, and any element may be used as long as it is capable of phase modulation using a triangular wave.

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明による
光フアイバジヤイロは、スケールフアクタが光フ
アイバを伝搬する光の振幅Er、ELに依存せず、
且つ、△θがsin△θに近似できる範囲に制限さ
れずに広いダイナミツクレンジを有する。従つ
て、本発明による光フアイバは、広い範囲にわた
つて活用することができる。
Effects of the Invention As is clear from the above description, in the optical fiber coil according to the present invention, the scale factor does not depend on the amplitudes E r and E L of the light propagating through the optical fiber.
Moreover, it has a wide dynamic range without being limited to the range in which Δθ can be approximated to sin Δθ. Therefore, the optical fiber according to the present invention can be used in a wide range of applications.

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

第1図は、本発明による光フアイバジヤイロの
原理を図解する光学系統図であり、第2図は、第
1図の光フアイバジヤイロの光フアイバを伝搬す
る両方向の光に対する三角波による位相変調及び
両方向の光の位相差を示す波形図であり、第3図
は、その三角波による位相差と回転により位相差
との関係を示す波形図であり、第4図は、本発明
を実施した位相変調方式光フアイバジヤイロの光
学系構成図であり、第5図は、第4図の位相変調
方式光フアイバジヤイロに使用されている電気光
学位相変調器の1例を図示する概略斜視図であ
り、第6図は、光フアイバジヤイロの原理を説明
する基本構成図であり、第7図は、位相変調方式
光フアイバジヤイロの原理を説明する基本構成図
である。 〔主な参照番号〕 10……発光素子、12…
…ビームスプリツタ、14,16……結合レン
ズ、18……光フアイバ、20……センサコイ
ル、22……位相変調素子、26……受光素子、
30……位相変調器、32……光源、34,36
……ビームスプリツタ、38……受光素子、40
……光フアイバ、42……センサコイル、44…
…電気光学効果位相変調器、46……圧電振動素
子、48……正弦波交流励振電源、48A……三
角波発生器、50……LiNbO3基板、52……光
導波路、54,56……電極、58……同期検波
器、60……信号処理器。
FIG. 1 is an optical system diagram illustrating the principle of the optical fiber coil according to the present invention, and FIG. 2 shows the phase modulation by a triangular wave of the light in both directions propagating through the optical fiber of the fiber optic coil in FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship between the phase difference due to the triangular wave and the phase difference due to rotation. FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the phase difference due to the triangular wave and the phase difference due to rotation. FIG. FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating an example of an electro-optic phase modulator used in the phase modulation type optical fiber coil shown in FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is a basic configuration diagram illustrating the principle of a fiber optic iron. FIG. [Main reference numbers] 10...Light emitting element, 12...
... Beam splitter, 14, 16 ... Coupling lens, 18 ... Optical fiber, 20 ... Sensor coil, 22 ... Phase modulation element, 26 ... Light receiving element,
30... Phase modulator, 32... Light source, 34, 36
... Beam splitter, 38 ... Light receiving element, 40
...Optical fiber, 42...Sensor coil, 44...
... Electro-optic effect phase modulator, 46 ... Piezoelectric vibration element, 48 ... Sine wave AC excitation power supply, 48A ... Triangular wave generator, 50 ... LiNbO 3 substrate, 52 ... Optical waveguide, 54, 56 ... Electrode , 58... synchronous detector, 60... signal processor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発光素子と、多数回コイル状に巻回されたセ
ンサコイル部分を含み且つ前記発光素子からの光
が分岐されて両端に結合され該センサコイルを両
方向に伝搬した光を両端から出力する光フアイバ
と、該光フアイバを伝搬した両回り光を受ける受
光素子とを具備し、前記センサコイルが回転した
ときに生ずる両回り光間の位相差から回転角速度
を測定する光フアイバジヤイロにおいて、前記セ
ンサコイルの一端付近に位相変調器を設け、両回
り光が分岐してから前記位相変調器に到達するま
での時間差をτとするとき、周期が2τで且つデユ
ーテイが1/2の三角波パルスで前記位相変調器
が駆動される一方、前記光フアイバからの出射光
の合成光を受ける前記受光素子の出力から、回転
により生じた位相差と、前記位相変調器による変
調により両回り光間に生じた位相差との大小を比
較し、大である時間と小である時間の比から回転
角速度を検出することを特徴とする光フアイバジ
ヤイロ。 2 前記位相変調器は、電気光学効果を利用した
位相変調器であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の光フアイバジヤイロ。 3 前記光フアイバには、更に、正弦波により位
相変調をする第2の位相変調器が設けられ、前記
受光素子の出力は、前記第2の位相変調器の変調
周波数で同期検波されることを特徴とする特許請
求の範囲第1項または第2項記載の光フアイバジ
ヤイロ。
[Scope of Claims] 1. A device comprising a light emitting element and a sensor coil portion wound in a coil shape many times, and in which light from the light emitting element is branched and coupled to both ends, and light propagated in both directions through the sensor coil is split. An optical fiber coil is equipped with an optical fiber that outputs from both ends and a light receiving element that receives light in both directions propagated through the optical fiber, and measures the rotational angular velocity from the phase difference between the lights in both directions generated when the sensor coil rotates. In this case, a phase modulator is provided near one end of the sensor coil, and when the time difference between the two directions of light branching and reaching the phase modulator is τ, the period is 2τ and the duty is 1/2. While the phase modulator is driven by a triangular wave pulse, from the output of the light-receiving element that receives the composite light of the light emitted from the optical fiber, a bidirectional light is generated due to the phase difference caused by rotation and the modulation by the phase modulator. An optical fiber gyro is characterized in that the rotational angular velocity is detected from the ratio of the time when the phase difference is large and the time when it is small by comparing the magnitude of the phase difference generated between the two. 2. The optical fiber gyroscope according to claim 1, wherein the phase modulator is a phase modulator that utilizes an electro-optic effect. 3. The optical fiber is further provided with a second phase modulator that performs phase modulation using a sine wave, and the output of the light receiving element is synchronously detected at the modulation frequency of the second phase modulator. An optical fiber gyroscope as claimed in claim 1 or 2.
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