JPH0682258A - 光干渉角速度計 - Google Patents

光干渉角速度計

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JPH0682258A
JPH0682258A JP23714792A JP23714792A JPH0682258A JP H0682258 A JPH0682258 A JP H0682258A JP 23714792 A JP23714792 A JP 23714792A JP 23714792 A JP23714792 A JP 23714792A JP H0682258 A JPH0682258 A JP H0682258A
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JP
Japan
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light
optical
loop
beam splitter
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Withdrawn
Application number
JP23714792A
Other languages
English (en)
Inventor
Munehiro Ishigami
統啓 石上
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication of JPH0682258A publication Critical patent/JPH0682258A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 1つの角速度計で複数の入力軸成分を検出す
る。 【構成】 光源11の光はビームスプリッタ12で2分
され、その一方は光スイッチ21のポートAに、他方は
位相変調器14を通じて光スイッチ21のポートBに入
射される。光スイッチ21のポートC,Dは、軸心が互
いに直交したループ状光導波路13x ,13y ,13z
が光スイッチ22,23で直列に接続された両端に接続
される。光スイッチ21,22,23はA−C,B−D
接続状態と、A−D,B−C接続状態とに切替えること
ができる。光導波路13x ,13y ,13zを伝搬した
右回り光、左回り光はビームスプリッタ12で干渉し、
その干渉光は受光器15で電気信号とされ、その電気信
号はAD変換器16で2値のデジタル信号に変換され、
そのデジタル信号は位相変調器14に対する変調信号で
同期検波回路17において同期検波される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はサニャック効果を利用
して入力角速度を検出する光干渉角速度計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の光干渉角速度計を図3に
示す。光源11からの光はビームスプリッタまたはその
他の分割装置により分割され、これによって分割された
2つの光波は、例えば光ファイバよりなるループ状光導
波路13に右回り光、左回り光として入射され、互いに
逆方向にループ状光導波路13を伝搬する。これら両光
はビームスプリッタ12で再び結合し、干渉が生じる。
この干渉は2つの光波の再結合における位相の影響を受
ける。
【0003】サニャック効果はループ状光導波路13の
軸心を中心として干渉計を回転させると、その回転速度
及び回転方向に比例して互いに逆方向に伝搬する光波に
位相差を発生させる物理現象である。サニャック干渉計
の与える干渉光強度は、 P=P0 (1+cosδφ) で表され、この感度は位相差δφが0付近で極めて低
い。この感度を向上させるため、ループ状光導波路13
の一端とビームスプリッタ12との間に位相変調器14
が挿入され、位相変調器14を通過する光に、例えば±
π/2の振幅で位相変調を与えて動作点を変位させる。
一方ビームスプリッタ12に得られた干渉光の強度を受
光器15で電気信号に変換し、その電気信号をAD変換
器16で2値のデジタル信号に変換し、そのデジタル信
号を位相変調器14に対する変調信号に従って同期検波
回路17で復調することにより感度の向上を計る方法が
知られている。同期検波回路17の出力は低域通過フィ
ルタ18を通じて光干渉角速度計の出力として取り出さ
れる。位相変調器14に対する変調信号は変調信号発生
器19から発生される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来において、例えば
3次元の測定を行う場合、3つの光干渉角速度計を用
い、それぞれのループ状光導波路の軸心が互いに交差す
るように配置して使用していた。このため光源、受光
器、位相変調器や同期検波回路などを各光干渉角速度計
につき1つずつ必要とし、構成ユニットが多くなり、全
体の構成が大形になる問題があった。
【0005】この発明の目的は、光源、受光器、位相変
調器や同期検波回路などは1つで複数軸の測定を可能と
する光干渉角速度計を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、複数
のループ状光導波路が、その軸心を互いに直交させて設
けられ、これらループ状光導波路は交差切替え接続可能
な複数の光スイッチで直列に接続されて、位相変調器を
介し、またこれを介することなく、ビームスプリッタの
2つの分割端に接続される。ビームスプリッタに得られ
た干渉光が受光器で電気信号に変換され、その電気信号
は位相変調器の変調信号で同期検波され、その同期検波
出力は、光スイッチの切替えと同期して複数の記憶器の
対応するものに記憶され、これら記憶器の各2つの出力
がそれぞれ加算器で加減算されて各入力軸と対応した角
速度が出力される。
【0007】
【作 用】サニャック効果は、閉じた光路にその軸心を
中心とする角速度が印加されると、その回転速度および
回転方向に比例して互いに逆方向に伝搬する光波に位相
差が発生する物理現象であり、ループ状光導波路を裏返
しにすると、回転方向に対する位相差の極性は反転す
る。この発明では光スイッチで交差切替えを行うことに
より、ループ状光導波路を裏返した場合と同じ効果を
得、ある光スイッチの接続状態を基準とし、それに対し
て、光スイッチの接続状態を1乃至複数切替えて1つの
ループ状光導波路を等価的に裏返し、その同期検波出力
と、その基準状態の同期検波出力とを加減算することに
より、注目する入力軸以外は互いに引算され、注目する
1つの入力軸に対する角速度のみが取り出される。
【0008】
【実施例】図1にこの発明の実施例を示し、図3と対応
する部分に同一符号を付けてある。この実施例において
は、3つのループ状光導波路13x ,13y ,13z が
その軸心を互いに直交させて設けられる。交差切替え形
光スイッチ(2×2形光スイッチ)21,22,23に
よりループ状光導波路13x,13y,13zが順次直
列に接続され、その両端が位相変調器14の一端と、ビ
ームスプリッタ12の一方の分割端に接続される。すな
わち、光スイッチ21のポートA,Bがそれぞれビーム
スプリッタ12の一方の分割端、位相変調器14の一端
に接続され、ポートCはループ状光導波路13xの一端
に接続される。光スイッチ21のポートDは光スイッチ
22のポートBに接続される。光スイッチ22のポート
A,Cはそれぞれループ状光導波路13xの他端、ルー
プ状光導波路13yの一端に接続され、ポートDは光ス
イッチ23のポートBに接続される。光スイッチ23の
ポートA,Cはそれぞれループ状光導波路13yの他
端、ループ状光導波路13z の一端に接続され、ポート
Dはループ状光導波路13z の他端に接続される。光ス
イッチ21,22,23はそれぞれポートAC間および
BD間をそれぞれ接続する状態(ストレート接続状態:
ST)と、ポートAD間およびBC間をそれぞれ接続す
る状態(クロス接続状態:CR)とに切替えることがで
きる。
【0009】同期検波回路17の出力は記憶器24,2
5,26,27へ供給され、記憶器24の出力と、記憶
器25,26,27の各出力とがそれぞれ加算器28,
29,30で加算される。加算器28,29,30の出
力はそれぞれ低域通過フィルタ18,31,32へ供給
される。制御部33により光スイッチ21,22,23
が以下に述べるように切替え制御され、これと同期して
同期検波回路17の出力が記憶器24,25,26,2
7のいずれかに記憶される。
【0010】光スイッチ21,22,23がST接続状
態の場合、ビームスプリッタ12からの変調を受けてい
ない光は左回り光として、位相変調を受けた光は右回り
光としてそれぞれループ状光導波路13x ,13y ,1
3z を順次伝搬する。また、例えば光スイッチ21,2
2,23をそれぞれCR,CR,ST接続状態に切り替
えた場合、ループ状光導波路13x では変調を受けてい
ない光は右回り光となり、変調を受けた光は左回り光と
なり、左右回り光は逆転し、ループ状光導波路13y ,
13z の左右回り光はそのままとなる。
【0011】光スイッチ21,22,23がそれぞれS
T,ST,ST接続状態にある場合を基準状態とし、こ
のときにループ状光導波路13x ,13y ,13z によ
りそれぞれ検出される角速度をX軸成分(+Vx ),+
Y軸成分(+Vy ),+Z軸成分(+Vz )とする。こ
れに対し、光スイッチ21,22,23をそれぞれC
R,CR,ST接続状態にすると(−X状態),ループ
状光導波路13x ,13y ,13z によりそれぞれ−X
軸成分(−Vx ),+Y軸成分(+Vy ),+Z軸成分
(+Vz )が検出される。光スイッチ21,22,23
をそれぞれST,CR,CR接続状態とすると(−Y状
態),ループ状光導波路13x ,13y ,13z により
それぞれ+X軸成分(+Vx ),−Y軸成分(−Vy
),+Z軸成分(+Vz )が検出される。光スイッチ
21,22,23をそれぞれST,ST,CR接続状態
とすると(−Z状態),ループ状光導波路13x ,13
y ,13z によりそれぞれ+X軸成分(+Vx ),+Y
軸成分(+Vy ),−Z軸成分(−Vz )が検出され
る。これら基準状態、−X状態、−Y状態、−Z状態に
おける光スイッチ21,22,23の接続状態を図2A
に示す。
【0012】制御部33はこれら基準状態、−X状態、
−Y状態、−Z状態に順次設定することを繰り返し、基
準状態に設定しているときに同期検波回路17の出力を
記憶器24に記憶し、−X状態に設定しているときに同
期検波回路17の出力を記憶器25に記憶し、−Y状
態、−Z状態に設定しているときに、それぞれ同期検波
回路17の出力を記憶器26,27に記憶する。従って
加算器28において、基準状態出力から−X状態出力が
減算され、ループ状光導波路13x の軸心回りの角速度
成分Vx が得られ、加算器29において基準状態出力か
ら−Y状態出力が減算され、ループ状光導波路13y の
軸心回りの角速度成分Vy が得られ、加算器30におい
て基準状態出力から−Z状態出力が減算され、ループ状
光導波路13z の軸心回りの角速度成分Vz が得られ
る。
【0013】図1において光スイッチ21を省略してル
ープ状光導波路13x の両端をビームスプリッタ12の
一方の分割端と、位相変調器14の一端とにそれぞれ直
接接続し、光スイッチ22,23を図2Bに示すように
制御し、加算器28では基準状態出力と+X状態出力と
を加算するようにし、その他は前述と同様にしても、角
速度のX軸入力成分Vx ,Y軸入力成分Vy ,Z軸入力
成分Vz をそれぞれ検出することができる。上述におい
て角速度の3軸成分ではなく2軸成分を検出する場合
は、これに応じて1つのループ状光導波路を省略し、ま
た光スイッチ、記憶器、加算器などもその各1つを省略
してより簡単な構成で検出することができる。ループ状
光導波路13x,13y,13zは必ずしも互いに直交
させる必要はない。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば複
数のループ状光導波路をその軸心が互いに直交するよう
に設け、光スイッチにより直列に接続し、かつ光スイッ
チを切替えて一部のループ状光導波路の右回り光、左回
り光を逆回転させ、その各切替え状態における同期検波
出力を各別に記憶し、これら記憶したものを、加減算す
ることにより、角速度の各直交成分を検出することがで
き、光干渉角速度計を複数設ける場合よりも全体の構成
を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】この発明の実施例における各状態における光ス
イッチの接続状態と、同期検波回路17の出力とを示す
図。
【図3】従来の光干渉角速度計を示すブロック図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、 その光源から入射される光を2分するビームスプリッタ
    と、 そのビームスプリッタにより2分された一方の光が一端
    に入射された位相変調器と、 複数のループ状光導波路と、 これらループ状光導波路を直列に接続し、その直列接続
    の両端を上記位相変調器の他端と、上記ビームスプリッ
    タにより2分された他方の光とに接続し、かつ各一対の
    接続状態を切替えることができる複数の光スイッチと、 上記光源よりビームスプリッタにより2分され、上記ル
    ープ状光導波路の直列接続の両端に右回り光、左回り光
    として入射され、その直列接続されたループ状光導波路
    を伝搬して上記ビームスプリッタに戻り、互いに干渉し
    た干渉光を電気信号に変換する受光器と、 その受光器の出力を、上記位相変調器の変調信号と同期
    して同期検波する同期検波回路と、 上記複数の光スイッチの接続状態を周期的に切替える手
    段と、 その切替えと同期して上記同期検波回路の出力がそれぞ
    れ記憶される複数の記憶器と、 これら記憶器の出力の二つずつをそれぞれ加減算して、
    上記各ループ状光導波路にそれぞれ入力された角速度と
    して出力する複数の加算器と、 を具備する光干渉角速度計。
JP23714792A 1992-09-04 1992-09-04 光干渉角速度計 Withdrawn JPH0682258A (ja)

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ID=17011108

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401338B1 (ko) * 2012-09-13 2014-05-29 주식회사 인피니트헬스케어 가상 나이프를 이용한 수술 시뮬레이션 방법 및 그 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 19991130