JPH04203928A - Optical fiber gyro - Google Patents

Optical fiber gyro

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Publication number
JPH04203928A
JPH04203928A JP2333998A JP33399890A JPH04203928A JP H04203928 A JPH04203928 A JP H04203928A JP 2333998 A JP2333998 A JP 2333998A JP 33399890 A JP33399890 A JP 33399890A JP H04203928 A JPH04203928 A JP H04203928A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
polarization
curvature
base material
radius
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2333998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Takeuchi
喜則 武内
Hidehiko Negishi
根岸 英彦
Yuko Takei
優子 竹居
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2333998A priority Critical patent/JPH04203928A/en
Publication of JPH04203928A publication Critical patent/JPH04203928A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To manufacture an optical fiber gyro easily at low cost while reducing noises by providing a fiber coil obtained by winding an optical fiber a plurality of number of times around a cylindrical or columnar base material having a part of 2cm or smaller radius of curvature. CONSTITUTION:An optical fiber 12 is wound around the outer periphery of a base material 11. The curvature of radius at a part indicated by an arrow is 1.5cm. The propagation constant is different at this part depending on the direction of polarization of the light propagating in the fiber. Therefore, the mutual reaction of lights having different directions of polarization is restricted. In other words, the rotation in the direction of polarization of the light, incident upon the sensing coil of the optical fiber gyro is restricted, and moreover the interference between the polarized components in the rotating direction to the direction of polarization of the incident light and the polarized components of the direction of polarization of the incident light is controlled, so that the noises can be reduced. Further, the optical fiber gyro can be manufactured industrially easily at low cost.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車ナビゲーシッンシステムや産業用ロボ
ットの制御に広く応用されることが期待されている光フ
ァイバジャ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 gyro that is expected to be widely applied to control of automobile navigation systems and industrial robots.

従来の技術 光ファイバジャイロは、筒状の基材に光ファイバを複数
回巻き付けたものをセンシングコイルとして用いる。こ
のセンシングコイルに、右回り光と左回り光を入射し、
センシングコイルが回転したときに生しるサニヤック効
果による位相変位を観測し、回転角速度を測定するのが
、光ファイバジャイロの原理である。
A conventional optical fiber gyro uses an optical fiber wound multiple times around a cylindrical base material as a sensing coil. Input clockwise light and counterclockwise light into this sensing coil,
The principle of an optical fiber gyro is to measure the rotational angular velocity by observing the phase shift due to the Sagnac effect that occurs when the sensing coil rotates.

センソングコイルとして用いるファイバコイルは、従来
、円形の断面を持つ筒状の基材に巻かれたものであり、
その半径は、通常2.5cmから5c+aである。
Fiber coils used as sensor coils have traditionally been wound around a cylindrical base material with a circular cross section.
Its radius is typically 2.5 cm to 5c+a.

センシングコイルに入射した光は、コイル中を伝搬する
間にその偏光状態を変化させる。例えば、直線偏光で入
射しても楕円偏光に変化し、その偏光方向も回転してし
まう、センシングコイルを伝搬して出射する光のうち、
入射した直線偏光の偏光方向に対して回転した方向の偏
光成分は、元の偏光方向の偏波成分と干渉して雑音の原
因となる。
Light incident on the sensing coil changes its polarization state while propagating through the coil. For example, among the light that propagates through the sensing coil and exits, it changes to elliptically polarized light even if it enters as linearly polarized light, and the polarization direction also rotates.
A polarization component in a direction rotated with respect to the polarization direction of the incident linearly polarized light interferes with a polarization component in the original polarization direction, causing noise.

これを抑制手段として、従来、偏波面保存ファイバを用
いてセンシングコイルを構成する方法がとられていた。
Conventionally, as a means to suppress this, a method has been adopted in which a sensing coil is constructed using a polarization-maintaining fiber.

発明が解決しようとする課題 偏波面保存ファイバは、通常のシングルモードファイバ
に比べて、非常に高価である。センシングコイルには、
光ファイバを数百m使用するので、光ファイバジャイロ
に偏波面保存ファイバを使用すれば、それが大きなコス
トアップ要因となってしまう、また、偏波面保存ファイ
バは、ファイバ間の融着やファイバカプラを製作するの
が難しいという欠点がある。
Problems to be Solved by the Invention Polarization maintaining fibers are much more expensive than ordinary single mode fibers. The sensing coil has
Since several hundred meters of optical fiber are used, if a polarization maintaining fiber is used for an optical fiber gyro, it will be a major cost increase factor.Also, polarization maintaining fiber is not suitable for fusion between fibers or fiber coupler. The disadvantage is that it is difficult to manufacture.

本発明は、偏波面保存ファイバを用いることなく、光フ
ァイバジャイロのセンシングコイルに入射する光の偏光
方向の回転を抑制すると共に、入射偏光方に対して回転
した方向の偏光成分と、入射偏光方向の偏光成分の間の
干渉を抑制して、雑音を低減することができるだけでな
く、工業的に容5に且つ安価に製作可能なセンシングコ
イルを有する光ファイバジャイロを提供するのが目的で
ある。
The present invention suppresses the rotation of the polarization direction of light incident on the sensing coil of an optical fiber gyro without using a polarization-maintaining fiber, and at the same time suppresses the rotation of the polarization direction of light incident on the sensing coil of an optical fiber gyro. It is an object of the present invention to provide an optical fiber gyro having a sensing coil that can not only suppress interference between polarized light components and reduce noise, but also be manufactured industrially and at low cost.

11題を解決するための手段 上記課題を解決するために、第1に曲率半径が2cm以
下の部分を有する筒状または柱状の基材に、光ファイバ
を複数回巻き付けたファイバコイルを有する光ファイバ
ジャイロとする。第2に曲率半径が2C11以下の部分
と直線で構成された断面形状を有する筒状または柱状の
基材に、光ファイバを複数回巻き付けたファイバコイル
を有する光ファイバジャイロとする。第3に短径が2c
+a以下の楕円断面を有する筒状または柱状の基材に、
光ファイバを複数回巻き付けたファイバコイルを有する
光ファイバジャイロとする。
Means for Solving Problem 11 In order to solve the above problems, firstly, an optical fiber having a fiber coil in which the optical fiber is wound multiple times around a cylindrical or columnar base material having a portion with a radius of curvature of 2 cm or less. Let's call it a gyro. Second, the optical fiber gyro has a fiber coil in which an optical fiber is wound a plurality of times around a cylindrical or columnar base material having a cross-sectional shape composed of a straight line and a portion having a radius of curvature of 2C11 or less. Thirdly, the minor axis is 2c
A cylindrical or columnar base material having an elliptical cross section of +a or less,
The present invention is an optical fiber gyro having a fiber coil in which optical fiber is wound multiple times.

作用 通常のシングルモード光ファイバは、偏光方向に対して
等方的で、偏光方向に関して伝搬定数の違いはほとんど
ない、そのため、どのような方向に偏光した光でも同様
に伝搬させることができる。
Operation A normal single-mode optical fiber is isotropic with respect to the polarization direction, and there is almost no difference in propagation constant with respect to the polarization direction.Therefore, light polarized in any direction can be propagated in the same way.

しかし、光ファイバを小曲率半径で湾曲させると、光フ
ァイバの直径方向に関する非等方性が著しく大きくなり
、偏光方向によって屈折率が変化し、それに伴い伝搬定
数が変化するようになる。光ファイバの湾曲面に平行な
偏光方向の光と垂直な方向の光の間の屈折率の単位長さ
当たりの違いδnをファイバの屈折率nで規格化した値
は、rをファイバのコア径、Rを湾曲したファイバの曲
率半径、ファイバaを定数として、 δn/n=a (r/R)” となる(EIectoron、Letl、Vol、I6
778−780 (1980))。
However, when an optical fiber is curved with a small radius of curvature, the anisotropy of the optical fiber in the diametrical direction becomes significantly large, the refractive index changes depending on the polarization direction, and the propagation constant changes accordingly. The difference δn in refractive index per unit length between light with a polarization direction parallel to the curved surface of the optical fiber and light with a polarization direction perpendicular to the curved surface of the optical fiber is normalized by the refractive index n of the fiber, and r is the core diameter of the fiber. , where R is the radius of curvature of the curved fiber and fiber a is a constant, δn/n=a (r/R)" (EIectoron, Letl, Vol, I6
778-780 (1980)).

これに、ファイバコイルの断面形状が小曲率部分以外は
直線であるような時の一周分の小曲率部分の長さ2πR
と巻数Nをかければ、コイル全体の屈折率変化となる。
In addition, when the cross-sectional shape of the fiber coil is a straight line except for the small curvature part, the length of the small curvature part for one round is 2πR
Multiplying by the number of turns N gives the refractive index change of the entire coil.

この屈折率変化の曲率半径依存性を示したのが、第4図
の波線の曲線である。
The wavy line curve in FIG. 4 shows the dependence of this refractive index change on the radius of curvature.

この図の実線の曲線は、実際の曲率変化であり、曲率半
径2cm以下で屈折率変化が、著しく大きくなることが
わかる。
The solid curve in this figure represents an actual change in curvature, and it can be seen that the change in refractive index becomes significantly large when the radius of curvature is 2 cm or less.

本発明にかかる光ファイバジャイロのセンシングコイル
は、曲率半径2cm以下の部分を有する基材に光ファイ
バを巻き付けであるので、この部分の光ファイバは、曲
率半径21以下で湾曲している。センシングコイルは光
ファイバを基材に通常数百から数千回巻いたものなので
、偏光方向による湾曲部分の伝搬定数の差がセンシング
コイルを伝搬する光に与える影響は、積算されて非常に
太き(なる。そして、互いに偏光方向が直交する光は、
センシングコイルを通過する間にほとんど相互作用しな
くなる。従って、雑音の要因となるセンシングコイル中
での偏光方向の回転が抑制されるばかりか、偏光方向が
異なる光の間の干渉が抑制される。
Since the sensing coil of the optical fiber gyro according to the present invention has an optical fiber wound around a base material having a portion with a radius of curvature of 2 cm or less, the optical fiber in this portion is curved with a radius of curvature of 21 cm or less. Sensing coils are usually made by winding an optical fiber several hundred to several thousand times around a base material, so the difference in propagation constant of the curved part depending on the polarization direction has a very cumulative effect on the light propagating through the sensing coil. (Then, the lights whose polarization directions are orthogonal to each other are
There is almost no interaction while passing through the sensing coil. Therefore, not only rotation of the polarization direction in the sensing coil, which causes noise, is suppressed, but also interference between lights having different polarization directions is suppressed.

上記の作用を実現するセンシングコイルの基材の断面形
状として、いろいろな形状が考えられるが、直径2C1
1以下の単純な円筒形では、感度の点で問題がある。セ
ンシングコイルの感度は、センシングコイルを巻く基材
の断面面積と光ファイバの巻き数の積で決まる。従って
、円筒形の基材では、感度を確保するために光ファイバ
の巻き数を多くしなければならず、大量の光ファイバが
必要となる。センシングコイルに用いる光ファイバの長
さを増加させず感度を確保するには、基材の−部分だけ
を曲率半径が2C11以下にすれば良い。
Various shapes can be considered as the cross-sectional shape of the base material of the sensing coil that realizes the above action, but the diameter is 2C1.
A simple cylindrical shape with a value of 1 or less has a problem in terms of sensitivity. The sensitivity of the sensing coil is determined by the product of the cross-sectional area of the base material around which the sensing coil is wound and the number of turns of the optical fiber. Therefore, in a cylindrical base material, the number of turns of optical fiber must be increased in order to ensure sensitivity, and a large amount of optical fiber is required. In order to ensure sensitivity without increasing the length of the optical fiber used in the sensing coil, it is sufficient to make only the - portion of the base material have a radius of curvature of 2C11 or less.

特に短径が2cm以下の楕円断面形状、または半径が2
1以下のふたつの半円と長方形を組み合わせた形状の断
面であれば、加工も比較的簡単である。さらに後者の場
合は、実装するのにも便利な形状である。
In particular, an elliptical cross-sectional shape with a minor axis of 2 cm or less, or a radius of 2 cm.
Processing is relatively easy if the cross section is a combination of two semicircles and a rectangle of 1 or less. Furthermore, in the latter case, the shape is convenient for mounting.

実施例 第1図は、本発明の第1の実施例における光ファイバジ
ャイロのセンシングコイルの斜視図である。11は基材
であり、外周には光ファイバ12が巻き付けである0図
中の矢印で示した部分の曲率半径は1.5C11である
。この部分では、ファイバ中を伝搬する光の偏光方向に
よって伝搬定数が異なり、偏光方向が異なる光同士の相
互作用が抑制される。
Embodiment FIG. 1 is a perspective view of a sensing coil of an optical fiber gyro according to a first embodiment of the present invention. Reference numeral 11 denotes a base material, around which an optical fiber 12 is wound.The radius of curvature of the portion indicated by the arrow in Figure 0 is 1.5C11. In this portion, the propagation constant varies depending on the polarization direction of light propagating in the fiber, and interaction between lights with different polarization directions is suppressed.

円筒状基材に巻かれたセンシングコイルを用いた通常の
光ファイバジャイロに比べて、このセンシングコイルを
用いた光ファイバジャイロにおいては、零点ドリフト等
の雑音が、劇的に低減した。
Compared to a normal optical fiber gyro that uses a sensing coil wound around a cylindrical base material, the optical fiber gyro that uses this sensing coil has dramatically reduced noise such as zero point drift.

第2図は、本発明の第2の実施例における光ファイバジ
ャイロのセンシングコイルの斜視図で、曲率半径1.5
c謹の部分を3カ所有している基材21に光ファイバ2
1が巻き付けられている。第1図の実施例に比べ、曲率
半径の小さい部分に巻き付けられた光ファイバの長さが
長いので、雑音低減効果が大きい。
FIG. 2 is a perspective view of a sensing coil of an optical fiber gyro according to a second embodiment of the present invention, with a radius of curvature of 1.5.
The optical fiber 2 is attached to the base material 21 which has three parts.
1 is wrapped around it. Compared to the embodiment shown in FIG. 1, the length of the optical fiber wound around the small radius of curvature is longer, so the noise reduction effect is greater.

第3図は、本発明の第3の実施例における光ファイバジ
ャイロのセンシングコイルの斜視図で、短径2c+sの
楕円の断面形状を有する柱状基材31に光ファイバ32
が巻き付けられている。この実施例の基材形状は外周の
曲率が滑らかに変化しているので、ファイバ巻き付は工
程でファイバが切断することが少なく、歩留まりが良い
FIG. 3 is a perspective view of a sensing coil of an optical fiber gyro according to a third embodiment of the present invention.
is wrapped around it. Since the shape of the base material of this example has a smoothly changing curvature on the outer periphery, the fiber is less likely to be cut during the fiber winding process, resulting in a high yield.

なお、第4図は本発明の各実施例に係る偏光方向による
屈折率変化量と曲率半径の関係を示した特性図である。
Note that FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of change in refractive index depending on the polarization direction and the radius of curvature according to each embodiment of the present invention.

発明の効果 以上のように本発明は、光ファイバジャイロのセンシン
グコイルに入射する光の偏光方向の回転を抑制すると共
に、入射偏光方向に対して回転した方向の偏光成分と、
入射偏光方向の偏光成分の間の干渉を抑制して、雑音を
低減することができるだけでなく、工業的に容易に且つ
安価に製作可能なセンシングコイルを有する光ファイバ
ジャイロを提供することが可能となった。
Effects of the Invention As described above, the present invention suppresses the rotation of the polarization direction of light incident on the sensing coil of an optical fiber gyro, and also suppresses the polarization component in the direction rotated with respect to the incident polarization direction.
It is possible to provide an optical fiber gyro that not only suppresses interference between polarization components in the incident polarization direction and reduces noise, but also has a sensing coil that can be manufactured industrially easily and inexpensively. became.

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

第1図、第2図、第3図はそれぞれ本発明の第1、第2
、第3の実施例にかかる光ファイバジャイロのセンシン
グコイルの斜視図、第4図は同各実施例に係る偏光方向
による屈折率変化量と曲率半径の関係を示した特性図で
ある。 11、21.31・・・・・・センシングコイル基材、
12.22゜32・・・・・・光ファイバ。 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 はが2名落1図 落3図 第4図 曲車牛掻 (Q恒)
1, 2, and 3 are the first and second embodiments of the present invention, respectively.
FIG. 4 is a perspective view of a sensing coil of an optical fiber gyro according to the third embodiment, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of change in refractive index and the radius of curvature depending on the polarization direction according to each embodiment. 11, 21.31... Sensing coil base material,
12.22゜32...Optical fiber. Name of agent: Patent attorney Akira Okaji, 2 people, 1 figure, 3 figures, 4 curved carriage (Q Ko)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)曲率半径が2cm以下の部分を有する筒状または
柱状の基材に、光ファイバを複数回巻き付けたファイバ
コイルを有する光ファイバジャイロ。
(1) An optical fiber gyro having a fiber coil in which an optical fiber is wound multiple times around a cylindrical or columnar base material having a portion with a radius of curvature of 2 cm or less.
(2)曲率半径が2cm以下の部分と直線で構成された
断面形状を有する筒状または柱状の基材に、光ファイバ
を複数回巻き付けたファイバコイルを有する光ファィバ
ジャイロ。
(2) An optical fiber gyro having a fiber coil in which an optical fiber is wound multiple times around a cylindrical or columnar base material having a cross-sectional shape consisting of a straight line and a portion with a radius of curvature of 2 cm or less.
(3)短径が2cm以下の楕円断面を有する筒状または
柱状の基材に、光ファイバを複数回巻き付けたファイバ
コイルを有する光ファイバジャイロ。
(3) An optical fiber gyro having a fiber coil in which an optical fiber is wound multiple times around a cylindrical or columnar base material having an elliptical cross section with a minor axis of 2 cm or less.
JP2333998A 1990-11-29 1990-11-29 Optical fiber gyro Pending JPH04203928A (en)

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