JPH04225114A - 周波数弁別を用いた複合光ファイバジャイロスコープ - Google Patents
周波数弁別を用いた複合光ファイバジャイロスコープInfo
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- JPH04225114A JPH04225114A JP8252791A JP8252791A JPH04225114A JP H04225114 A JPH04225114 A JP H04225114A JP 8252791 A JP8252791 A JP 8252791A JP 8252791 A JP8252791 A JP 8252791A JP H04225114 A JPH04225114 A JP H04225114A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には光ファイバ
ジャイロスコープに関し、特にジャイロスコープのリニ
ヤーダイナミックレンジを拡張するために複数の検出コ
イルを利用した複合光ファイバジャイロスコープに関す
る。
ジャイロスコープに関し、特にジャイロスコープのリニ
ヤーダイナミックレンジを拡張するために複数の検出コ
イルを利用した複合光ファイバジャイロスコープに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】リニヤーダイナミックレンジを拡張する
ために複数の検出コイルを利用する複合光ファイバジャ
イロスコープは以前から提案されている。例えば、その
ような複合ジャイロスコープが「リニヤーレンジを拡張
したアナログファイバジャイロ」（“Ａｎａｌｏｇ Ｆ
ｉｂｅｒ Ｇｙｒｏ Ｗｉｔｈ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｌ
ｉｎｅａｒ Ｒａｎｇｅ”）という名称のバーンズ（Ｂ
ｕｒｎｓ）他への米国特許第４，５７３，７９７号に記
載されている。しかしながら、以前から提案されてきた
複合ジャイロスコープは、共通の光信号源を共用する以
外は２個の個別のジャイロスコープについて利点は殆ど
無い。また、これらのジャイロスコープにおいて必要と
されるカップラの数のために、光検出器における信号対
ノイズ比は低く、かつこのジャイロスコープのコストも
比較的高い。
ために複数の検出コイルを利用する複合光ファイバジャ
イロスコープは以前から提案されている。例えば、その
ような複合ジャイロスコープが「リニヤーレンジを拡張
したアナログファイバジャイロ」（“Ａｎａｌｏｇ Ｆ
ｉｂｅｒ Ｇｙｒｏ Ｗｉｔｈ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｌ
ｉｎｅａｒ Ｒａｎｇｅ”）という名称のバーンズ（Ｂ
ｕｒｎｓ）他への米国特許第４，５７３，７９７号に記
載されている。しかしながら、以前から提案されてきた
複合ジャイロスコープは、共通の光信号源を共用する以
外は２個の個別のジャイロスコープについて利点は殆ど
無い。また、これらのジャイロスコープにおいて必要と
されるカップラの数のために、光検出器における信号対
ノイズ比は低く、かつこのジャイロスコープのコストも
比較的高い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的は
、低コストで、信号対ノイズ比を向上させる改良複合光
ファイバジャイロスコープを提供することである。
、低コストで、信号対ノイズ比を向上させる改良複合光
ファイバジャイロスコープを提供することである。
【０００４】本発明の別の重要な目的は、単に１個の光
検出器と３個のみの方向性カップラとを必要とするのみ
で複合ジャイロスコープにおいて要する要素の数を著し
く低減し、そのためジャイロスコープのコストを低減す
る改良複合光ファイバジャイロスコープを提供すること
である。
検出器と３個のみの方向性カップラとを必要とするのみ
で複合ジャイロスコープにおいて要する要素の数を著し
く低減し、そのためジャイロスコープのコストを低減す
る改良複合光ファイバジャイロスコープを提供すること
である。
【０００５】本発明のその他の目的や利点は、以下の詳
細説明を読み、かつ添付図面を参照すれば明らかとなる
。
細説明を読み、かつ添付図面を参照すれば明らかとなる
。
【０００６】
【実施例】本発明は、種々の修正や代替形態が可能であ
るが、本発明の特定実施例を例示し、かつ以下詳細に説
明する。しかしながら、本発明を開示した特定形態に限
定する意図はなく、逆に本発明は特許請求の範囲によっ
て定義される本発明の精神と範囲内に入る全ての修正、
均等物および代案を網羅する意図なることを理解すべき
である。
るが、本発明の特定実施例を例示し、かつ以下詳細に説
明する。しかしながら、本発明を開示した特定形態に限
定する意図はなく、逆に本発明は特許請求の範囲によっ
て定義される本発明の精神と範囲内に入る全ての修正、
均等物および代案を網羅する意図なることを理解すべき
である。
【０００７】さて図１を参照すれば、光信号源１０は光
信号Ｓ０を発生させ、該光信号Ｓ０は３ｄＢ方向性カッ
プラ１１によりＳ１とＳ２の成分に分割され、一対の光
ファイバ検出コイル１２，１３の両端に送られる。光信
号源１０は偏光子と関連してノンコヒーレント光源を用
いてもよいもののレーザのようなコレーレント光源が好
ましい。第１の検出コイル１２に対する入力信号Ｓ１は
偏光子１４と３ｄＢ方向性カップラ１５とを通され、該
３ｄＢ方向性カップラ１５は光信号Ｓ１をＳ１ａとＳ１
ｂの成分に分割する。Ｓ１ａとＳ１ｂ成分は第１の検出
コイル１２の両端に送られる。同様に、第２の検出コイ
ル１３への入力信号Ｓ２は偏光子１６と３ｄＢ方向性カ
ップラ１７とを通され、信号Ｓ２はＳ２ａとＳ２ｂの成
分に分割され、それらは第２の検出コイル１３の両端へ
送られる。
信号Ｓ０を発生させ、該光信号Ｓ０は３ｄＢ方向性カッ
プラ１１によりＳ１とＳ２の成分に分割され、一対の光
ファイバ検出コイル１２，１３の両端に送られる。光信
号源１０は偏光子と関連してノンコヒーレント光源を用
いてもよいもののレーザのようなコレーレント光源が好
ましい。第１の検出コイル１２に対する入力信号Ｓ１は
偏光子１４と３ｄＢ方向性カップラ１５とを通され、該
３ｄＢ方向性カップラ１５は光信号Ｓ１をＳ１ａとＳ１
ｂの成分に分割する。Ｓ１ａとＳ１ｂ成分は第１の検出
コイル１２の両端に送られる。同様に、第２の検出コイ
ル１３への入力信号Ｓ２は偏光子１６と３ｄＢ方向性カ
ップラ１７とを通され、信号Ｓ２はＳ２ａとＳ２ｂの成
分に分割され、それらは第２の検出コイル１３の両端へ
送られる。
【０００８】好ましい光信号源１０は、例えばコヒーレ
ント光の比較的高パワーの、広域帯のビームを発生させ
る超発光性ダイオードのようなソリッドステートで、単
一縦モードレーザである。光信号源１０から出力信号Ｓ
０を受け取る光ファイバは、「アクセス可能の案内領域
を備えた単モードの単一偏光光ファイバとそれを使用す
る方向性カップラを形成する方法」（“Ｓｉｎｇｌｅ
Ｍｏｄｅ， Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ａｃｃｅｓ
ｓｉｂｌｅ Ｇｕｉｄｉｎｇ ＲｅｇｉｏｎＡｎｄ Ｍ
ｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔｉｏ
ｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｍｅ”）と
いう名称のディオット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，
６６９，８１４号に記載のタイプの自己整合性、単モー
ド、偏光保持光ファイバであることが好ましい。前記デ
ィオットの特許に記載のように、単モード伝播は、光線
がファイバを通して伝播するにつれて相対的に一定の位
相速度と群速度を提供するという利点を有し、また結合
に対して十分規定されたフィールドパターンを提供する
。好ましいファイバの偏光保持特性は、ファイバ中の楕
円形のコアによって提供され、偏光子１４および１６に
おける不適正に偏光された光線が除去されることにより
信号強度の損失を最小に抑える。
ント光の比較的高パワーの、広域帯のビームを発生させ
る超発光性ダイオードのようなソリッドステートで、単
一縦モードレーザである。光信号源１０から出力信号Ｓ
０を受け取る光ファイバは、「アクセス可能の案内領域
を備えた単モードの単一偏光光ファイバとそれを使用す
る方向性カップラを形成する方法」（“Ｓｉｎｇｌｅ
Ｍｏｄｅ， Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ａｃｃｅｓ
ｓｉｂｌｅ Ｇｕｉｄｉｎｇ ＲｅｇｉｏｎＡｎｄ Ｍ
ｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔｉｏ
ｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｍｅ”）と
いう名称のディオット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，
６６９，８１４号に記載のタイプの自己整合性、単モー
ド、偏光保持光ファイバであることが好ましい。前記デ
ィオットの特許に記載のように、単モード伝播は、光線
がファイバを通して伝播するにつれて相対的に一定の位
相速度と群速度を提供するという利点を有し、また結合
に対して十分規定されたフィールドパターンを提供する
。好ましいファイバの偏光保持特性は、ファイバ中の楕
円形のコアによって提供され、偏光子１４および１６に
おける不適正に偏光された光線が除去されることにより
信号強度の損失を最小に抑える。
【０００９】好ましいファイバの自己整合性は、「光フ
ァイバとレーザインタフェースデバイス」（“Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒ
ｆａｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ”）という名称のディオット（
Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，７８４，４５４号に詳述
されているようにファイバをレーザ１０に結合する上で
特に有用である。このファイバの自己整合性はまた、「
光ファイバ回転センサ」（“Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ
Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ”）という名称のディ
オット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，６９７，８７６
号並びに前述のディオットの米国特許第４，６６９，８
１４号に詳述されているように方向性カップラと検出コ
イル１２，１３を形成する上でも有用である。しかしな
がら検出コイルにおける損失を最小にしたい場合には、
「細長い断面の誘電体導波管」（“Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ Ｅｌｏｎｇａｔｅ
Ｃｒｏｓｓ−Ｓｅｃｔｉｏｎ”）という名称のディオ
ット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，３０７，９３８号
に記載の（非自己整合性ではあるが）偏光保持性のファ
イバを用いてコイルを形成することができる。
ァイバとレーザインタフェースデバイス」（“Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒ
ｆａｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ”）という名称のディオット（
Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，７８４，４５４号に詳述
されているようにファイバをレーザ１０に結合する上で
特に有用である。このファイバの自己整合性はまた、「
光ファイバ回転センサ」（“Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ
Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ”）という名称のディ
オット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，６９７，８７６
号並びに前述のディオットの米国特許第４，６６９，８
１４号に詳述されているように方向性カップラと検出コ
イル１２，１３を形成する上でも有用である。しかしな
がら検出コイルにおける損失を最小にしたい場合には、
「細長い断面の誘電体導波管」（“Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ Ｅｌｏｎｇａｔｅ
Ｃｒｏｓｓ−Ｓｅｃｔｉｏｎ”）という名称のディオ
ット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，３０７，９３８号
に記載の（非自己整合性ではあるが）偏光保持性のファ
イバを用いてコイルを形成することができる。
【００１０】偏光子１４と１６とは、「インジウムクラ
ッド光ファイバ偏光子」（“Ｉｎｄｉｕｍ−Ｃｌａｄ
Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ”）とい
う名称のディオット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，７
１２，８６６号に記載のタイプのインジウムクラッド光
ファイバ偏光子が好ましい。このタイプの偏光子は、希
望する偏光の内面に対して直交のファイバの平坦な外面
でインジウムのコーティングを用いており、そのため好
ましくない偏光性の光線波がインジウムのコーティング
により減衰される。インジウムコーティングはファイバ
の案内領域の減衰フィールドに結合されている。
ッド光ファイバ偏光子」（“Ｉｎｄｉｕｍ−Ｃｌａｄ
Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ”）とい
う名称のディオット（Ｄｙｏｔｔ）の米国特許第４，７
１２，８６６号に記載のタイプのインジウムクラッド光
ファイバ偏光子が好ましい。このタイプの偏光子は、希
望する偏光の内面に対して直交のファイバの平坦な外面
でインジウムのコーティングを用いており、そのため好
ましくない偏光性の光線波がインジウムのコーティング
により減衰される。インジウムコーティングはファイバ
の案内領域の減衰フィールドに結合されている。
【００１１】光信号源１０により発生した光信号Ｓ０は
３ｄＢ方向性カップラ１１により２つの均等成分Ｓ１と
Ｓ２とに分割され、即ち方向性カップラ１１が５０−５
０のビームスプリッタとして機能する。信号成分Ｓ１は
偏光子１４を通り、次いで方向性カップラ１５により２
つの均等成分Ｓ１ａとＳ１ｂとに細分される。信号成分
Ｓ１ａは時計方向（「ＣＷ」）にコイル１２を通して伝
播され、一方信号成分Ｓ１ｂは反時計方向「ＣＣＷ」に
コイル１２を通して伝播される。
３ｄＢ方向性カップラ１１により２つの均等成分Ｓ１と
Ｓ２とに分割され、即ち方向性カップラ１１が５０−５
０のビームスプリッタとして機能する。信号成分Ｓ１は
偏光子１４を通り、次いで方向性カップラ１５により２
つの均等成分Ｓ１ａとＳ１ｂとに細分される。信号成分
Ｓ１ａは時計方向（「ＣＷ」）にコイル１２を通して伝
播され、一方信号成分Ｓ１ｂは反時計方向「ＣＣＷ」に
コイル１２を通して伝播される。
【００１２】方向性カップラ１１からの信号成分Ｓ２は
偏光子１６を通り、次いで方向性カップラ１７により２
つの均等成分Ｓ２ａとＳ２ｂとに細分される。信号成分
Ｓ２ａはＣＷ方向にコイル１３を通して伝播され、一方
信号成分Ｓ２ｂはＣＣＷ方向にコイル１３を通して伝播
される。
偏光子１６を通り、次いで方向性カップラ１７により２
つの均等成分Ｓ２ａとＳ２ｂとに細分される。信号成分
Ｓ２ａはＣＷ方向にコイル１３を通して伝播され、一方
信号成分Ｓ２ｂはＣＣＷ方向にコイル１３を通して伝播
される。
【００１３】信号成分Ｓ１ａとＳ１ｂとがコイル１２か
ら出てくるにつれて５０％の双方の信号成分は方向性カ
ップラ１５において組み合わされて信号Ｓ１′を形成し
、この信号は信号Ｓ１′として偏光子１４を通して方向
性カップラ１１に戻される。２つの信号成分Ｓ１ａとＳ
１ｂの中の他方の５０％はカップラ１５の非反射性終端
において消散する。カップラ１１において、組み合せし
直された信号Ｓ１′の半分は光検出器２２に結合され、
該光検出器は光信号を類似の電気信号に変換する。
ら出てくるにつれて５０％の双方の信号成分は方向性カ
ップラ１５において組み合わされて信号Ｓ１′を形成し
、この信号は信号Ｓ１′として偏光子１４を通して方向
性カップラ１１に戻される。２つの信号成分Ｓ１ａとＳ
１ｂの中の他方の５０％はカップラ１５の非反射性終端
において消散する。カップラ１１において、組み合せし
直された信号Ｓ１′の半分は光検出器２２に結合され、
該光検出器は光信号を類似の電気信号に変換する。
【００１４】検出コイル１２が回転するときはいつでも
、周知の「サニャック（Ｓａｇｎａｃ）」効果により２
つの対向伝播している信号Ｓ１ａとＳ１ｂの間で位相差
を発生させ、この位相差を用いてコイル１２の角度運動
速度の大きさと方向とを測定する。検出コイル１２の回
転速度を測定するために位相差を用いる方法は文献に完
全に記述されている。要約すれば、コイル１２の角度運
動は２つの対向伝播している信号の位相を反対方向にシ
フトする。２つの信号の間の前記の相対位相シフトは「
サニャック」位相シフトとして知られ、下式によりラジ
アン単位で定義される。
、周知の「サニャック（Ｓａｇｎａｃ）」効果により２
つの対向伝播している信号Ｓ１ａとＳ１ｂの間で位相差
を発生させ、この位相差を用いてコイル１２の角度運動
速度の大きさと方向とを測定する。検出コイル１２の回
転速度を測定するために位相差を用いる方法は文献に完
全に記述されている。要約すれば、コイル１２の角度運
動は２つの対向伝播している信号の位相を反対方向にシ
フトする。２つの信号の間の前記の相対位相シフトは「
サニャック」位相シフトとして知られ、下式によりラジ
アン単位で定義される。
【００１５】φ＝４ΩＡ／ｃ２
ここで、Ａは光ファイバコイルによって囲繞される全面
積、即ち１ターンにより囲繞される面積にコイルの巻き
数を掛けたものであり、Ωはラジアン／秒単位のジャイ
ロ回転速度であってラジアン／秒単位の光学ラジアン周
波数であり、ｃは光線の自由空間速度である。これらの
全てのパラメータは回転速度Ωを除いて一定であり、こ
のように位相シフトφは回転速度Ωを決めるために使用
しうる。
積、即ち１ターンにより囲繞される面積にコイルの巻き
数を掛けたものであり、Ωはラジアン／秒単位のジャイ
ロ回転速度であってラジアン／秒単位の光学ラジアン周
波数であり、ｃは光線の自由空間速度である。これらの
全てのパラメータは回転速度Ωを除いて一定であり、こ
のように位相シフトφは回転速度Ωを決めるために使用
しうる。
【００１６】サニャック位相シフトは、方向性カップラ
１５，１７から方向性カップラ１１へ、次いで光検出器
２２まで伝播する光信号Ｓ１′およびＳ２′の振幅の変
化として検出される。２つの信号Ｓ１′およびＳ２′の
うちの半分のみがカップラ１１を通って光検出器２２ま
で進むことは勿論である。
１５，１７から方向性カップラ１１へ、次いで光検出器
２２まで伝播する光信号Ｓ１′およびＳ２′の振幅の変
化として検出される。２つの信号Ｓ１′およびＳ２′の
うちの半分のみがカップラ１１を通って光検出器２２ま
で進むことは勿論である。
【００１７】いずれかの所定のコイル、即ち所定の直径
と所定の巻き数とを有するコイルに対しては、光検出器
２２によって受け取られた光信号の大きさはある回転速
度範囲にわたってコイルの回転速度と共に直線的に変わ
り、次いで回転速度が増え続けるにつれて非直線性とな
る。２個のコイル１２と１３とを使用する理由は、回転
速度の２つの異なり、重なった範囲にわたりその振幅が
回転速度と共に直線的に変化する２つの光信号Ｓ１′お
よびＳ２′を発生させることによりジャイロスコープの
ダイナミックレンジを拡張するためである。従って、こ
れら２つの直線範囲を組み合わせたものが複合ジャイロ
スコープの全体のリニヤーダイナミックレンジである。
と所定の巻き数とを有するコイルに対しては、光検出器
２２によって受け取られた光信号の大きさはある回転速
度範囲にわたってコイルの回転速度と共に直線的に変わ
り、次いで回転速度が増え続けるにつれて非直線性とな
る。２個のコイル１２と１３とを使用する理由は、回転
速度の２つの異なり、重なった範囲にわたりその振幅が
回転速度と共に直線的に変化する２つの光信号Ｓ１′お
よびＳ２′を発生させることによりジャイロスコープの
ダイナミックレンジを拡張するためである。従って、こ
れら２つの直線範囲を組み合わせたものが複合ジャイロ
スコープの全体のリニヤーダイナミックレンジである。
【００１８】コイル１２と１３の２つの異なる直線範囲
は各コイルの巻き数または直径あるいはこれら両方を選
択することにより達成され、各コイルにおける対向伝播
信号の間の位相差は異なる回転速度範囲において回転速
度と共に直線的に変化する。コイルは、それらの各々の
直線範囲が相互に重なることによって複合ジャイロスコ
ープの最終の出力がその全体の作動範囲にわたって均一
に変わるように構成することが好ましい。
は各コイルの巻き数または直径あるいはこれら両方を選
択することにより達成され、各コイルにおける対向伝播
信号の間の位相差は異なる回転速度範囲において回転速
度と共に直線的に変化する。コイルは、それらの各々の
直線範囲が相互に重なることによって複合ジャイロスコ
ープの最終の出力がその全体の作動範囲にわたって均一
に変わるように構成することが好ましい。
【００１９】複合ジャイロスコープの双方の部分の感度
を向上するために、一対の位相変調器１８と２０とが、
それぞれ各コイルの一端近傍で２個のコイル１２，１３
のファイバに結合されている。変調器１８と２０とは、
各発振器１９，２１からの一定周波数ｆ１およびｆ２の
交流電気信号により駆動されることによって変調周波数
が正確に判る。このタイプの位相変調器は、周知のもの
で、既知の周波数の交流電気信号により駆動される圧電
ディスクの周りにある長さの光ファイバを巻くことによ
り典型的に実行される。
を向上するために、一対の位相変調器１８と２０とが、
それぞれ各コイルの一端近傍で２個のコイル１２，１３
のファイバに結合されている。変調器１８と２０とは、
各発振器１９，２１からの一定周波数ｆ１およびｆ２の
交流電気信号により駆動されることによって変調周波数
が正確に判る。このタイプの位相変調器は、周知のもの
で、既知の周波数の交流電気信号により駆動される圧電
ディスクの周りにある長さの光ファイバを巻くことによ
り典型的に実行される。
【００２０】位相変調器１８，２０の各々は、それぞれ
のコイル１２，１３において非往復性位相シフトをＣＷ
およびＣＣＷ信号に導入する。その結果の、コイルが何
ら角度運動しなくても介在する、ＣＷとＣＣＷ信号の間
の相対的な位相シフトが、各コイルの出力にバイアスを
導入することによって、各コイルの最大感度即ち直線応
答領域が回転速度の所定範囲内にある。
のコイル１２，１３において非往復性位相シフトをＣＷ
およびＣＣＷ信号に導入する。その結果の、コイルが何
ら角度運動しなくても介在する、ＣＷとＣＣＷ信号の間
の相対的な位相シフトが、各コイルの出力にバイアスを
導入することによって、各コイルの最大感度即ち直線応
答領域が回転速度の所定範囲内にある。
【００２１】好適変調器は、ディスクの外面に光ファイ
バを巻いた圧電ディスクを利用するＰＺＴ変調器である
。一対の電極がディスクの中心においてディスクの両側
に取り付けられ、これらの電極は、希望する周波数で電
気変調信号を供給する電子発振器に接続されている。 この電子発振器からの交流駆動信号によって圧電ディス
クに導入された機械的振動により、ディスクの周りに巻
かれたファイバは周期的に伸張される。ファイバが伸張
されている間にそのファイバを通る光パルスは、ファイ
バが弛緩されている間にそのファイバの同じ部分を通る
光パルスに対して位相シフトされる。電子発振器は単純
なコルピッツタイプの発振器でよい。
バを巻いた圧電ディスクを利用するＰＺＴ変調器である
。一対の電極がディスクの中心においてディスクの両側
に取り付けられ、これらの電極は、希望する周波数で電
気変調信号を供給する電子発振器に接続されている。 この電子発振器からの交流駆動信号によって圧電ディス
クに導入された機械的振動により、ディスクの周りに巻
かれたファイバは周期的に伸張される。ファイバが伸張
されている間にそのファイバを通る光パルスは、ファイ
バが弛緩されている間にそのファイバの同じ部分を通る
光パルスに対して位相シフトされる。電子発振器は単純
なコルピッツタイプの発振器でよい。
【００２２】本発明の一局面によれば、各検出コイル１
２，１３に結合された位相変調器１８，２０は異なる周
波数で作動することによって、２個のコイルにおける信
号は異なる周波数で変調される。周波数弁別同期検出器
３０と３１とが、次いで２個のコイルからの出力信号Ｓ
１′とＳ２′の電気アナログを受け取り、周波数弁別を
用いて２個の信号Ｓ１′とＳ２′を分離する。同期検出
器３０と３１とは、２個のコイル１２，１３における対
向して伝播している信号の間の各々の位相差を表わす出
力信号Ｇ１とＧ２とを発生させる。
２，１３に結合された位相変調器１８，２０は異なる周
波数で作動することによって、２個のコイルにおける信
号は異なる周波数で変調される。周波数弁別同期検出器
３０と３１とが、次いで２個のコイルからの出力信号Ｓ
１′とＳ２′の電気アナログを受け取り、周波数弁別を
用いて２個の信号Ｓ１′とＳ２′を分離する。同期検出
器３０と３１とは、２個のコイル１２，１３における対
向して伝播している信号の間の各々の位相差を表わす出
力信号Ｇ１とＧ２とを発生させる。
【００２３】周波数弁別器は、光検出器からの電気出力
信号を発振器の一方からの一定周波数信号と混合するス
ーパヘテロダインの形式をとりうる。図１に示すように
、同期検出器３０，３１はコイル１２，１３に交流変調
信号を供給する同じ発振器１９，２１からの一定周波数
の信号を受け取ることが好ましい。このため、変調器１
８，２０および同期検出器３０，３１が正確に同じ周波
数ｆ１とｆ２とにおいて信号を常に受け取り、このため
２個の検出コイルからの２つの信号Ｓ１′およびＳ２′
間で安定した弁別を保証する。
信号を発振器の一方からの一定周波数信号と混合するス
ーパヘテロダインの形式をとりうる。図１に示すように
、同期検出器３０，３１はコイル１２，１３に交流変調
信号を供給する同じ発振器１９，２１からの一定周波数
の信号を受け取ることが好ましい。このため、変調器１
８，２０および同期検出器３０，３１が正確に同じ周波
数ｆ１とｆ２とにおいて信号を常に受け取り、このため
２個の検出コイルからの２つの信号Ｓ１′およびＳ２′
間で安定した弁別を保証する。
【００２４】異なる周波数で２個の検出コイルにおいて
信号を変調し、次いで周波数弁別を用いて２個のコイル
からの出力信号を分離することにより、本発明は複合ジ
ャイロを単に１個の光検出器と３個のみのカップラとで
作ることができるようにする。即ち、１個の方向性カッ
プラが、光信号源を２個の検出コイルに接続し、かつま
た２個の検出コイルを１個の光検出器に接続する。これ
らの機能に対して１個のカップラを用いることにより、
複数のカップラを用いた場合に基本的に生ずる信号強度
の損失を排除する。その結果、ジャイロからの最終的な
出力信号における信号対ノイズ比は著しく増大する。
信号を変調し、次いで周波数弁別を用いて２個のコイル
からの出力信号を分離することにより、本発明は複合ジ
ャイロを単に１個の光検出器と３個のみのカップラとで
作ることができるようにする。即ち、１個の方向性カッ
プラが、光信号源を２個の検出コイルに接続し、かつま
た２個の検出コイルを１個の光検出器に接続する。これ
らの機能に対して１個のカップラを用いることにより、
複数のカップラを用いた場合に基本的に生ずる信号強度
の損失を排除する。その結果、ジャイロからの最終的な
出力信号における信号対ノイズ比は著しく増大する。
【００２５】また、本発明は複合ジャイロスコープの全
体の光学的部分を単に２個の光ファイバで作ることがで
きるようにする。このように、第１のファイバは、光信
号源１０からの信号Ｓ０を受け取り、方向性カップラ１
１の半分を形成し、かつまた偏光子１４、方向性カップ
ラ全体１５、検出コイル１２並びに変調器１８のファイ
バ部分を形成する。第２のファイバは、カップラ１１の
別の半分と、偏光子１６と、カップラ１７と、検出コイ
ル１２と、変調器２０のファイバ部分とを形成し、カッ
プラ１１から光検出器２２まで信号Ｓ１′およびＳ２′
を導く。代替的に、偏光子、カップラ、コイルおよび変
調器は全て個別の要素として予め形成し、次いで一緒に
接合しうることは当然である。
体の光学的部分を単に２個の光ファイバで作ることがで
きるようにする。このように、第１のファイバは、光信
号源１０からの信号Ｓ０を受け取り、方向性カップラ１
１の半分を形成し、かつまた偏光子１４、方向性カップ
ラ全体１５、検出コイル１２並びに変調器１８のファイ
バ部分を形成する。第２のファイバは、カップラ１１の
別の半分と、偏光子１６と、カップラ１７と、検出コイ
ル１２と、変調器２０のファイバ部分とを形成し、カッ
プラ１１から光検出器２２まで信号Ｓ１′およびＳ２′
を導く。代替的に、偏光子、カップラ、コイルおよび変
調器は全て個別の要素として予め形成し、次いで一緒に
接合しうることは当然である。
【図１】本発明を実施した複合光ファイバジャイロスコ
ープの概略線図である。
ープの概略線図である。
１０：光信号源
１１，１５，１７：カップラ
１２，１３：検出コイル
１８，２０：変調器
１９，２１：発振器
２２：光検出器
１４，１６：偏光子
３０，３１：同期検出器
Claims (8)
- 【請求項１】 第１と第２の光ファイバコイルと、光
信号を前記光ファイバコイルに供給するように既知の周
波数で作動する光信号源と、前記光信号源からの前記光
信号を前記第１と第２の光ファイバコイルの各々の両端
に結合することによって前記光信号が前記光ファイバコ
イルの各々の周りで反対方向に伝播するようにする第１
と第２のカップラとを備え、前記第１と第２の光ファイ
バコイルは相違していることによって、各光ファイバコ
イルにおいて対向して伝播している信号が２個の相違す
る前記光ファイバコイルにおける異なる回転速度範囲に
おいて前記光ファイバコイルの回転速度と共に直線的に
変わり、前記第１と第２の光ファイバコイルにそれぞれ
結合され、異なる変調周波数において作動し前記光ファ
イバコイルの各々において対向して伝播している信号を
変調する第１と第２の変調手段と、前記光ファイバコイ
ルの双方の両端から光信号を受け取り、各前記光ファイ
バコイルにおいて対向して伝播している信号の間の位相
差を表わす第１と第２の出力信号を発生させる周波数弁
別手段と、前記光信号源と前記周波数弁別手段との間に
あって前記光信号源からの信号を前記第１と第２のカッ
プラに結合し、かつ前記第１と第２のカップラからの信
号を前記周波数弁別手段に結合する第３のカップラとを
さらに設けた複合高速／低速光ファイバジャイロスコー
プ。 - 【請求項２】 前記第３のカップラと前記周波数弁別
手段との間に接続され前記第１と第２のカップラからの
光信号を、前記第１と第２の光ファイバコイルの各々に
おいて対向して伝播している信号の間の位相差を表わす
電気信号に変換する光検出器を含む請求項１に記載の複
合速度／低速光ファイバジャイロスコープ。 - 【請求項３】 前記第３のカップラと前記第１と第２
のカップラの各々との間に接続された第１と第２の偏光
子を含む請求項１に記載の複合高速／低速光ファイバジ
ャイロスコープ。 - 【請求項４】 前記周波数弁別手段が、前記第１と第
２のカップラからの信号を前記第１と第２の光ファイバ
コイルのための変調周波数と比較する第１と第２の同期
検出器を含む請求項１に記載の複合高速／低速光ファイ
バジャイロスコープ。 - 【請求項５】 前記第１と第２の変調手段が、異なる
固定周波数の交流電気信号の第１と第２の発生源を含み
、前記周波数弁別手段も異なる固定周波数の交流電気信
号の前記第１と第２の発生源に接続されている請求項１
に記載の複合高速／低速光ファイバジャイロスコープ。 - 【請求項６】 前記第１のカップラ、前記第１の光フ
ァイバコイル、前記第１の変調手段の光学的部分および
前記第３のカップラの半分が、前記光信号源に接続され
ている単一の光ファイバにより形成される請求項１に記
載の複合高速／低速光ファイバジャイロスコープ。 - 【請求項７】 前記第２のカップラ、前記第２の光フ
ァイバコイル、前記第２の変調手段の光学的部分および
前記第３のカップラの半分が、前記光検出器に接続され
ている単一の光ファイバによって形成される請求項２に
記載の複合高速／低速光ファイバジャイロスコープ。 - 【請求項８】 前記光信号源がコヒーレント光源であ
る請求項１に記載の複合高速／低速光ファイバジャイロ
スコープ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US523722 | 1990-04-15 | ||
| US52372290A | 1990-05-15 | 1990-05-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225114A true JPH04225114A (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=24086199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8252791A Pending JPH04225114A (ja) | 1990-04-15 | 1991-04-15 | 周波数弁別を用いた複合光ファイバジャイロスコープ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0462360A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04225114A (ja) |
| AU (1) | AU7290791A (ja) |
| CA (1) | CA2036137A1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013037002A (ja) * | 2007-06-15 | 2013-02-21 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univ | 光センサにおいて低速光を使用するためのシステムおよび方法 |
| US8705044B2 (en) | 2008-04-01 | 2014-04-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of using a unidirectional crow gyroscope |
| US9019482B2 (en) | 2009-06-05 | 2015-04-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical device with fiber Bragg grating and narrowband optical source |
| US9025157B2 (en) | 2010-09-08 | 2015-05-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for measuring perturbations using a slow-light fiber Bragg grating sensor |
| US9366808B2 (en) | 2010-09-08 | 2016-06-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Slow-light sensor utilizing an optical filter and a narrowband optical source |
| JP2020522677A (ja) * | 2017-05-30 | 2020-07-30 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | 雑音除去を用いる集積型光ジャイロスコープ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5355208A (en) * | 1992-06-24 | 1994-10-11 | Mason & Hanger National, Inc. | Distributed fiber optic sensor for locating and identifying remote disturbances |
| US5567933A (en) * | 1995-02-14 | 1996-10-22 | Mason & Hanger National, Inc. | Optical fiber detection system with disturbance and positive cut-loop detection capabilities |
| CN110440786B (zh) * | 2019-08-09 | 2021-01-12 | 浙江大学 | 单光源双轴光纤陀螺仪及其双轴电信号解调方法 |
| CN111044081B (zh) * | 2020-01-03 | 2022-07-26 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种自适应小型化光纤环圈测试系统及测试方法 |
| CN115752414B (zh) * | 2022-11-15 | 2024-04-02 | 北京自动化控制设备研究所 | 单片干涉式光学陀螺及其强度补偿方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3235401A1 (de) * | 1982-09-24 | 1984-03-29 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Anordnung zur messung einer drehung |
| US4573797A (en) * | 1984-02-24 | 1986-03-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Analog fiber gyro with extended linear range |
| US4874244A (en) * | 1987-06-30 | 1989-10-17 | Sachs/Freeman Associates, Inc. | Method and apparatus for increasing the unambiguous sensing range in an interferometric fiber gyroscope |
-
1991
- 1991-02-12 CA CA 2036137 patent/CA2036137A1/en not_active Abandoned
- 1991-03-07 EP EP91103509A patent/EP0462360A1/en not_active Withdrawn
- 1991-03-14 AU AU72907/91A patent/AU7290791A/en not_active Abandoned
- 1991-04-15 JP JP8252791A patent/JPH04225114A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013037002A (ja) * | 2007-06-15 | 2013-02-21 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univ | 光センサにおいて低速光を使用するためのシステムおよび方法 |
| US8705044B2 (en) | 2008-04-01 | 2014-04-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of using a unidirectional crow gyroscope |
| US9019482B2 (en) | 2009-06-05 | 2015-04-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical device with fiber Bragg grating and narrowband optical source |
| US9329089B2 (en) | 2009-06-05 | 2016-05-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical device utilizing fiber bragg grating and narrowband light with non-bragg wavelength |
| US9025157B2 (en) | 2010-09-08 | 2015-05-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for measuring perturbations using a slow-light fiber Bragg grating sensor |
| US9347826B2 (en) | 2010-09-08 | 2016-05-24 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for measuring perturbations utilizing an optical filter and a narrowband optical source |
| US9366808B2 (en) | 2010-09-08 | 2016-06-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Slow-light sensor utilizing an optical filter and a narrowband optical source |
| JP2020522677A (ja) * | 2017-05-30 | 2020-07-30 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | 雑音除去を用いる集積型光ジャイロスコープ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU7290791A (en) | 1991-11-21 |
| EP0462360A1 (en) | 1991-12-27 |
| CA2036137A1 (en) | 1991-11-16 |
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