JPH07103771A - ファイバ式光学ジャイロスコープ用のフランジ支持式センサコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ファイバ式光学ジャイロスコープ用センサコ
イルの熱的変形に起因するエラーを除去する。 【構成】 センサコイルはチタニウム製の実質的に平坦
な円盤状コイル取付部材を含む。巻線コイルは端を接す
るように前記部材により支持され、前記部材の平面に直
交する方向にセンサコイルの自由な膨張を許して、セン
サコイルの熱誘導応力をできるだけ少なくする。他の実
施例では、自立コイルが効果的に“分割”される。すな
わち、検知軸が一致するように、一方の半分は前記部材
の一方の面に取り付けられると共に、残りの半分は他方
の面に取り付けられる。前記部材には、コイルセグメン
トを構成する連続した光ファイバを円盤状取付部材の一
方の面から他方の面に微小な曲がりなしに導くための端
傾斜路が備えられる。円筒状の内側ハブは、ステンレス
スチール製の取付台座と接する薄くされた可撓性部分を
含み、それにより、台座材料と取付部材材料の熱膨張の
差が、回転の予め決められた入力軸に関してセンサコイ
ルの心ずれを発生させることはなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はファイバ式光学ジャイロ
スコープ用センサコイルに関する。特に、本発明は、フ
ァイバ応力に起因する温度誘導シュープ（Shupe） 効果
を減少させるためにポット状センサコイルを支持する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ファイ
バ式光学ジャイロスコープは以下の主要構成要素からな
る。すなわち、（１）光源と、（２）ビームスプリッタ
（ファイバ光学方向結合器または集積光学Ｙ分岐のどち
らか）と、（３）ファイバ光学コイルと、（４）偏光器
（及び時には１つ以上の偏光消滅器）と、（５）検出器
である。光源からの光は、ビームスプリッタで伝播波と
検知コイルに伝わる逆伝播波とに分離される。関連エレ
クトロニクスは、コイルの両端から発生する、２つの干
渉する逆伝播光ビームの間の位相関係を測定する。２つ
のビームで経験される位相シフトの差は、計器が固定さ
れている作業台の回転率の基準を提供する。

【０００３】環境要因は、測定される逆伝播ビーム間の
位相シフト差に影響を与え、それによりバイアスすなわ
ちエラーを持ち込むことがある。前記環境要因は、温
度、振動（音響的なものや機械的なもの）及び磁界のよ
うな変量を含む。これらは、時間と共に変化しかつコイ
ルのいたるところに一様でなく分布し、各々の逆伝播波
がコイル中を進むにしたがって遭遇する、屈折率と長さ
の変化を引き起こす。前記２つの波により付加される位
相シフトは等しくなく、回転誘導信号から区別がつかな
い、正味の好ましくない位相シフトを生じる。環境要因
から生じる感度を減少させるための１つのアプローチ
は、対称型コイル巻線形態の使用を必要とした。前記コ
イルにおいては、巻線は、該巻線の構造上の中心が最内
層に位置すると同時に該コイルの２つの端部が最外層に
位置するように整えられる。

【０００４】エヌ・フリゴ(N.Frigo) は、“Compensati
on of Linear Sources of Non-reciprocity in Signal
Interferometers ”, Fiber Optics and Laser Sensors
Ｉ, Prcs. SPIE, Vol.412, p.261 (1989) において、
非相互性を補償するための特定の巻線パターンの使用を
提唱した。さらに、“ファイバ式光検知コイル”と題す
るベドナルツ(Bednarz) の米国特許第4,793,708 号は、
２極または４極巻線によって形成された対称ファイバ式
光検知コイルを教示している。この特許に開示されたコ
イルは、従来のらせん型巻線に勝る増強された性能を示
している。“４極巻線型ファイバ式光検知コイル及びそ
の製造方法”と題するイバンセビク(Ivancevic) の米国
特許第4,856,900 号は、端部フランジに隣接するポップ
アップファイバセグメントの存在に起因するファイバ締
付と微小屈曲が、前記ポップアップセグメントを、接続
層間を上っていく同心的に巻かれるターン壁と置き換え
ることにより克服される。上述した両米国特許はここに
おける譲受人の所有権である。

【０００５】“ファイバ式光学ジャイロスコープにおけ
る磁界誘導バイアスエラーを減少させるための装置”と
題するフアング(Huang) 等の係属中の特許出願第０８／
０１７，６７８号は、磁界にさらされたセンサコイルの
ファラデー効果によって引き起こされるバイアスエラー
の抑圧に取り組んでいる。この出願（ここにおける譲受
人の所有権）に開示された発明は、半径方向と軸方向の
両方に向けられる磁界の影響を中和する補償ループの使
用とデザインを教示している。いずれの場合も、予め決
められたファイバ捻れモードの予め決められた程度の捻
れが、中和する矯正的ファラデー効果を作り出すために
補償ループにより付加される。

【０００６】“低バイアスファイバ式光学ジャイロスコ
ープ用センサコイル”と題するコルドバ（Ｃｏｒｄｏｖ
ａ） 等の係属中の米国特許出願第07/938,294号、これ
もここにおける譲受人の所有権である、は環境要因に関
連した追加の問題に取り組んでいる。センサコイルのデ
ザインは、ジャイロのランダムな歩み、バイアス安定
性、温度感度、バイアス温度勾配感度、バイアス振動感
度、バイアス磁気感度、スケールファクタ温度感度、ス
ケールファクタ直線性、及び入力軸温度感度に強い影響
を与え得るが、この出願に開示された装置は、熱膨張係
数が上にあるファイバ巻線のそれに近い炭素複合材料製
スプール上に形成されたコイルを開示している。この巻
線は接着剤でポット状にされている。前記出願は、コイ
ルポット化材料の適正な選択のみならず、スプールとフ
ァイバ巻線の熱膨張特性がほぼ釣り合っていることが、
さもなければ標準的な金属製スプールによって加えられ
るだろう熱応力で引き起こされるシュープのようなバイ
アスをできるだけ少なくするだろう。さらに、（特に弾
性率の関して）ポット化材料の注意深い選択は、振動誘
導バイアス、コイル亀裂、ｈパラメータの劣化、及び温
度勾配バイアス感度の減少にいたる。

【０００７】スプール用炭素複合材料の使用は応力をで
きるだけ少なくするのに役立ち、粘着性の基質でコイル
巻線をポット化することは有益であるが、一対の端部フ
ランジ間にサンドイッチされた実質的に円筒状の心棒を
特徴とする従来の支持兼スプールデザインは、ポット状
コイルに“はめ込む”のが難しい。これは、温度変化に
応じた前記コイルの膨張の不釣り合いに起因している。
軸方向におけるポット状コイルの熱膨張係数は、半径方
向のそれの１００倍のオーダーになることがある。不幸
にして、対応する不釣り合いは支持スプールに関しては
存在しない。むしろ、従来のデザイン及び材料組成のス
プールは等方性の熱膨張特性を示す。この相対的な不均
衡は、コイル応力によるバイアスエラーを導入して、接
合及び亀裂問題を作り出す。例えば、心棒の材料がポッ
ト状コイルの半径方向の熱膨張係数にほぼ近いスプール
とコイル配置では、コイルの軸方向の膨張は心棒のそれ
を越えるだろう。その結果、軸方向の膨張はスプールの
端部フランジ間の比較的“変わらない”分離間隔で制限
されるので、コイルの軸方向の相当な圧縮が起こること
がある。さらに、コイル−心棒界面における熱膨張係数
の差に起因する応力により、破裂またはコイル亀裂のど
ちらかに至ることがある。一方、コイルの軸方向の熱膨
張係数にほぼ匹敵する材料で作られた心棒では、温度変
化に応じて心棒の比較的大きな半径方向の膨張が予想さ
れ、半径方向の寸法が比較的変わらないコイルのファイ
バを圧迫して性能を劣化させることがある。環境的に誘
導されるバイアス効果は、上述のように、センサコイル
の適正なデザインに相当な注意力を喚起するが、関連構
成要素の熱的デザインにはほとんど注意力をもたらさな
い。さらに、スプール及び抑止手段を含む前記取付装置
はもちろんコイルに接しており、したがって潜在的なエ
ラー発生源をもたらす。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、実質的に平坦
な取付フランジを含むファイバ光学ジャイロスコープ用
回転センサを提供することにより、使用のためのセンサ
コイルの取り付けと関連したエラー発生源に取り組むも
のである。第１の態様では、連続した光ファイバが、複
数の同軸ターンの層からなるコイルに整えられる。コイ
ルのターンは、予め選択された組成のポット化材料に埋
め込まれる。コイルの軸が取付フランジに対して実質的
に直交するようにコイルをフランジに固定するための手
段が提供される。

【０００９】第２の態様では、コイルの第１の部分が実
質的に平坦な取付フランジの第１の平坦な面に固定さ
れ、かつ第２の部分が対向する面に固定されることが追
加的に提供される。フランジは、コイルの第１及び第２
の部分の間で連続した光ファイバを案内するための手段
を含み、前記手段は、取付フランジの周縁に設けられた
少なくとも１つの円弧状溝を含む。コイルのターンは、
予め選択された組成のポット化材料に埋め込まれる。フ
ランジと係合され、コイルの軸の予め決められた心合わ
せを維持するための手段が提供される。

【００１０】かけがえとして、さらに、本発明の他の態
様により、実質的に平坦な取付フランジはチタニウムか
らなり、（ｉ）管状の実質的に平坦な円盤部材と、（ｉ
ｉ）前記管状円盤の中心に設けられたハブと、（ｉｉ
ｉ）前記ハブ部分は、円盤部材の面の上下に軸方向に延
出している、を含むことが提供される。

【００１１】前記ハブは、さらに、（ｉ）円筒状壁と、
（ｉｉ）前記円筒状壁は、第１及び第２の厚さの軸方向
部分と、前記壁の第１の端部の近傍の領域は第１の厚さ
になっていると共に、前記壁の対向する第２の端部の近
傍の領域は第２の厚さになっており、（ｉｉｉ）前記壁
は、前記壁と円盤部材の接合部の近傍の中間の軸方向領
域にわたって第１の厚さから第２の厚さへの変化を経験
する、を含む。

【００１２】コイルの軸の予め決められた心合わせを維
持するための手段が提供される。前記手段は、（ｉ）ス
テンレススチール製台座と、（ｉｉ）前記台座を予め決
められた軸と心合せするための手段と、（ｉｉｉ）コイ
ルに関して取付フランジの予め決められた方向を維持す
るための手段と、（ｉｖ）ハブの第２の端部を固定する
ための実質的に平坦な保持部材と、（ｖ）前記保持部材
を前記台座に固定するための手段を含む。

【００１３】前記台座は段部を含む。前記ハブの円筒状
壁の第２の厚さは第１の厚さを越え、前記段部は前記ハ
ブの第１の端部に当接する。本発明の上記及び追加の特
徴と利点は、以下の詳細な説明からさらに明らかになる
だろう。前記の説明は一組の図面を伴う。図面の番号
は、書かれた説明の数字に対応し、本発明の種々の特徴
を指している。同じ数字は図面及び書かれた説明の両方
を通じて同じ特徴を指している。

【００１４】

【実施例】次に図面を参照すると、図１はファイバ光学
ジャイロスコープ用センサコイル１０の斜視図である。
コイル１０は、従来デザインのスプール１２に取り付け
られ、ファイバ光学ジャイロ装置の重要な構成要素を提
供する。使用時、コイル１０は、回転が測定されるべき
作業台に固定され、作業台に関してそれの検知軸を心合
わせするための手段を要する。

【００１５】図２は、図１の２−２線で取られたコイル
１０とスプール１２は位置の一部の部分断面図である。
見られるように、スプール１２は、一対の端部フランジ
１６及び１８で終端する中心のだいたい円筒状の心棒１
４からなる。センサコイル１０は、予め決められたパタ
ーンで心棒１４に巻かれた１本の連続した光ファイバ２
０からなる。円盤状支持物２２を心棒１４内にプレス嵌
めしても良く、好ましい心合わせ状態でコイルを作業台
に固定する締め金具を受け入れるための中心孔２４を含
み得る。

【００１６】スプール１０は、光ファイバ２０と該スプ
ール１２の熱膨張係数の絶対差を減少させるために、金
属組成からなるかまたは係属中の米国特許出願第07/79
7,198号で教示されるように炭素複合物組成からなり得
る。このようにして、温度誘導シュープ効果応力は最高
のオーダーまで最小にされる。この出願でさらに教示さ
れるように、ファイバ２０を接着剤からなる基質２６に
埋め込むすなわちポット化することができる。巻線精密
度を増大させることに加えて、ポット化材料からなる基
質は、設計者にいくつかの性能特性に変化をもたらす機
会を与える。特に、ポット化接着剤の注意深い選択によ
り、振動誘導バイアスエラーに対する感度は減少する。

【００１７】スプール１２の材料を選ぶ場合には、コイ
ル１０の熱係数と釣り合わせるのがが大いに望ましい。
不幸にして、この目標は、だいたい円筒状のすなわち管
状のパターンに巻かれ、ポット化材料からなる基質２６
に埋め込まれた、連続した光ファイバ２０からなるセン
サコイル１０は著しく異なる半径方向及び軸方向の熱膨
張係数を示すだろうという事実に起因して、既知の有効
な材料で達成することが本質的にできない。例えば、代
表的なポット状コイルでは、４ｐｐｍ／°Ｃ（半径方
向）及び４００ｐｐｍ／°Ｃ（軸方向）の異方性熱膨張
係数が測定されている。熱膨張の前記不釣り合いは、総
合熱膨張係数に関して本質的に等方性かつ非指向性のス
プール１２のデサイン及び材料に合わない。

【００１８】図３は、本発明にしたがって取付フランジ
３０と組み合わせた、だいたい上記に説明したようなセ
ンサコイル２８の斜視図である。図３の配置は、自立コ
イル２８が従来の接着層３２で取付フランジ３０の円盤
状の平らな部材３１に接合される基本形態を開示してい
る。コイル２８は、まず、連続したファイバ３４を巻線
スプールに予め決められた形状に巻きつけることによっ
て作られる。巻線工程中またはその後に、コイル２８は
ポット化材料を好適にしみ込ませられる。ポット化材料
が硬化した後、巻線コイル２８は巻線スプールから取り
はずされ、自立形状を得ることができる。

【００１９】図３に示される配置は、発明者がファイバ
３４の温度誘導応力から生じることを観測したシュープ
硬化バイアスを減少させる。発明者は、従来のポット状
コイルと、向かい合った端部フランジで終端する中心の
円筒状心棒からなるタイプのスプールの熱膨張特性に固
有の非共用性に対する前記バイアスを追跡した。上述の
ように、コイルは軸方向及び半径方向の熱膨張に関して
異方性になっているが、スプールは等方性になってい
る。対照的に、制限する端部フランジまたは同様の装置
を持たない本発明の取付フランジ３０はコイルを圧迫す
ることなく軸方向に伸ばさせるので、図３の形態は、設
計者にコイル２８の異なった熱膨張係数の内の一方に関
与することだけを要求することがわかるだろう。これ
は、（従来の心棒の膨張係数に対する）軸方向における
コイル２８のより大きな膨張係数に起因して従来のスプ
ール取付で生じ得るコイル２８の軸方向の圧縮誘導応力
をなくする。コイル２８の軸方向の膨張は本発明では押
えられず、したがって圧縮反力が現われることはない。
さらに、従来のスプールの心棒と一番内側のコイル層間
の界面を除去することによって、コイル２８の軸方向の
膨張は、心棒からのコイルの葉裂と４５度角で先行技術
デザインのコイル中を広がる亀裂の両方を生じ得る、コ
イルから心棒までの“拠点”に応力を作り出すことがで
きない。前記亀裂は、内部応力がファイバコイルの被覆
物とポット化材料間の接合の接着強度を越える場合に観
測される。（従来のアルミニウム製スプールに取り付け
られたファイバコイルの軸方向の膨張は、５００ｐ．
ｓ．ｉ以上の応力を作り出すことがある。）

【００２０】図４は、本発明の他の実施例の斜視図であ
り、ここでは、取付フランジ３６は、後面の半分４０と
前面の半分４２に整えられるセンサコイル３８を収容す
るための円盤状部材３７を含み、“半分”４０及び４２
（実際は、２つの部分へのコイルの分割は５０−５０に
する必要はないので、これは誤った呼び方である）は円
盤状部材３７の対向面に取り付けられる。図４の実施例
が開示され、下記により詳細に説明されるだろうが、前
記形態の主要概念の利点は、ポット状センサコイル３８
の自立性に関する。先行技術の中心の心棒と端部フラン
ジのタイプのスプールの取替えは、センサコイルの不釣
り合いな熱膨張係数に起因するバイアスその他の効果を
無効にするが、従来の中心の心棒で与えられる軸方向支
持がないことは、（既知のポット化材料の特性に起因し
て多少曲がり易い）コイルを避けがたい環境的振動に応
答する応力にさらさせる。コイルと取付フランジはカン
チレバー装置（取付フランジの中心ハブ−下記に説明さ
れる−は一番内側のコイル層と接していない）を形成す
るので、環境的振動の効果は、振動周波数がカンチレバ
ーコイルの固有周波数すなわち共振周波数と一致する場
合に最も著しくなる。

【００２１】一般に、環境的振動のパワースペクトル密
度は１１００Ｈｚの近辺で最大になり、その後減少す
る。定向周期的パターンで巻かれ、従来の接着剤でポッ
ト化された１ｋｍセンサコイルは、約１１００Ｈｚの固
有周波数を持つことがわかっている。コイルを分割する
ことによって、環境的妨害が最小になる２，０００Ｈｚ
以上に各半分の共振周波数を増加させる。共振コイル構
造によって決まる多くの用途にとって、カンチレバーセ
ンサコイルの長さを分割することは非常に有利であり、
図４の配置によって成果が得られる。（各々５００メー
トルの光ファイバからなる）より小さい長さの半分４０
及び４２に分割するような上記に言及した１ｋｍセンサ
コイルの場合には、２つのコイルセグメントが作られ、
それぞれ２４００Ｈｚ以上の共振周波数を持つ。これ
は、コイル３８を、環境的に誘導される機械的振動の結
果としての相当な応力（したがってバイアス効果）の範
囲から移動させる。

【００２２】図５Ａ及び図５Ｂは、前図に示された分割
コイル形態を支持するための取付フランジのそれぞれ底
面図と側面図である。見られるように、フランジ４４
は、一般的に、中心のハブ部材４８に結合されそれを介
して延出する円盤状の平坦な部材４６からなる。下記に
見られるように、ハブ４８の内壁厚はハブ部材４８の軸
方向の長さに沿って変化している。これは、台座（図５
Ａ及び図５Ｂには示されていない）へのハブ４８の結合
をもたらす。熱膨張係数がポット状コイルの半径方向の
熱膨張係数にほぼ釣り合うチタニウム合金で好適に作ら
れた取付フランジは、ステンレススチール製取付台座
を、該台座に接するそれの薄肉部で受け入れる。下記に
説明されるように、ハブ４８の壁の薄肉部は、台座のさ
もなければ不釣り合いになる半径方向の膨張の存在時
に、回転の予め決められた入力軸とコイルの心合わせを
保つために、より大きな可撓性を持つことができる。円
盤状部材４６の周囲には、ファイバがセンサコイルの前
面部と背面部間を徐々に移動できるようにするために、
スロット４９、５１及びそれに通じる円弧状溝５０及び
５２が備えられている。溝５０及び５２は、分割コイル
の第２の半分が巻かれる部材４６の表面に備えられ、フ
ァイバを部材４６の中心に導く案内部を提供する。（分
割コイルは、まず、ハブ４８の外径と同軸であってそれ
より大きな外径を有する巻取スプールを用意することに
より、取付フランジ４４上に作るすなわち巻くことがで
きる。好適には、４極巻線パターンが用いられる。分割
コイルの一方の半分が始めに円盤状部材４８の一方の面
に巻かれた後、他方の面に分割コイルの他方の半分を巻
きにかかる。かけがえとして、分割コイルは、円盤状部
材４６の外周から内方へ巻いても良い。）

【００２３】エッジスロット４９、５１及び円弧状溝５
０、５２は、ファイバの“移動”（すなわち、円盤４６
の一方の面における巻線パターンの最終のターンを出
て、対向面における巻線パターンの最初のターンを始め
るまでの過程）が、光学的バイアス効果を生じ得るコイ
ルへの微小な曲がりの導入をできるだけ少なくするため
に徐々に行なわれるように配置され、寸法にされ、デザ
インされる。好適には、この移動配置は、ファイバの移
動が分割コイルの一方の半分の巻線の端部から他方の半
分の巻線の始めまでのファイバターンの３／４にわたっ
て行なわれるのを許す。しかしながら、円盤状部材４６
の一方面から他方の面まで少なくとも１／４ファイバタ
ーンにわたる移動を得る配置を用いて、前記微小な曲が
りをまだかなり減少させることができると思われる。

【００２４】図６は、動作のために台座５８と係合し
た、本発明による分割コイルと取付フランジ配置の側断
面図である。見られるように、この装置は、基板５６と
連結するミュー（μ）金属シールド５４内に入れられ
る。シールド５４と基板５６で形成されるケーシング内
で、好適にはステンレススチールで作られた台座５８
は、慣性航法装置（ＩＮＳ）の一部を形成する延長部材
６０を受け入れる。延長部材６０は、センサコイル６２
の入力軸として役立つものである予め決められた軸と心
合わせされる。（シールド５４で形成されたケーシング
内には多数の光学的及び電気的構成要素が配置される。
しかしながら、前記構成要素は本発明の論議に関係がな
く、したがって図６から省略されている。） センサコイル６２は、前面の半分６４と後面の半分６６
に分割され、それぞれ連続した光ファイバの複数のター
ンからなる。コイル６２は、前図３乃至５に示されるよ
うな取付フランジの円盤状部材６８上に取り付けられ
る。ステンレススチール製台座５８のまわりを一周する
段部７１に当接して支持される取付フランジの中心ハブ
の前面の半分７０の壁厚は、台座に当接しない後面の半
分の壁厚より薄くなっている。前述したように、ハブの
前面の半分のより薄い壁厚は、異なる熱膨張係数の台座
材及び取付フランジ材が当接する近辺の増した柔軟性を
与える。その結果、取付フランジの円盤状部材６８の傾
斜角度は、装置がステンレススチール製台座の“過大
な”熱的誘導された半径方向の膨張にさらされてハブの
前面の半分の壁に当接する時の心ずれから保護される。
この場所にある程度の“弾力性”を含むことにより、円
盤状部材６８の姿勢は、予想される温度範囲にわたって
延長部材６０で限定される検知軸に垂直なままにするこ
とができ、したがってセンサコイル６２は適正に心合わ
せされたままになるだろう。

【００２５】保持板７４は取付フランジハブの後面すな
わち“厚い”半分の頂上に位置している。アセンブリ全
体はボルト８０で順次固定され、保持板７４、台座５８
及び基板５６を含む“サンドイッチ”配置を完成する。
上述のようにカンチレバーコイル構造の固有周波数の有
利なシフトに加えて、２つの相対的に分離した部分への
センサの分割は、従来のコイルデザインにはない装置最
適化の機会を可能にする。前記の可能性は“混合”コイ
ルデザインに固有の潜在的な利点になる。すなわち、分
割コイル形態は、センサコイル６２の前面及び後面の半
分を作る場合に異なる巻線技術及びパターンを用いる機
会を設計者に提供する。多くのデザインの可能性があ
る。例えば、前面及び後面の半分の巻線の最初の点すな
わち起点は、円盤状部材６８の近くにあるかまたはそれ
からはずれているかのどちらかのコイルの検知軸に沿っ
て転置することができる。さらに、前面または後面の半
分の最初の層は、円盤状部材の周縁の近くかまたはハブ
に密着するかのどちらかに容易に転置することができ
る。また、センサコイルの前面及び後面の半分の対応す
る層（すなわち各々の垂直に心合わせされた層）は、反
対方向に巻くことができる。例えば、前面及び後面の半
分の対応する層は右回り及び左回り方向に巻くことがで
きる。上記自由度は各々、さもなければ存在するエラー
発生源の無効化になる逆作用効果を得るようにセンサを
構成する２つの部分からなる混合コイルを用いる機会を
設計者に提供する。さらに、分割コイルデザインは、設
計者に環境要因の効果の最小化を考慮させる。分割コイ
ルの後面の半分６６は環境要因にもっと多くさらされる
ように方向付けられ、コイル感度は巻線中心からの距離
の関数になるので、環境的効果のさらなる最小化は後面
の半分でコイル巻線工程を始めることで達成することが
できる。

【００２６】本発明に従って巻かれて取り付けられたセ
ンサコイルは良好な結果を示した。図７は、温度の関数
として検知軸心合わせの安定度の基準を提供するグラフ
である。本発明の教示による分割コイル配置は１ｋｍセ
ンサコイルに用いられた。図７のグラフから見られるよ
うに、取付フランジの温度は−５５°Ｃと６５°Ｃの間
を循環した。０．３８アークセカンドの熱的嵌合誤差で
０．０２アークセカンド／°Ｃの入力軸心合わせ温度係
数が測定された。この性能は、０．３アークセカンド／
°Ｃ（入力軸心合わせ温度係数）と１．５アークセカン
ド／°Ｃ（熱嵌合誤差）の設計仕様内に十分に含まれ
た。本発明による１ｋｍ分割コイル装置の振動性能は同
様に満足なものであった。１ｋｍコイルを２つのカンチ
レバー式半分に分割することによって、環境的な範囲の
振動に起因する機械的応力はコイル構造内の有害な共振
を引き起こさない。

【００２７】図８Ａ及び図８Ｂは、本発明による１ｋｍ
コイルと取付フランジに関する、温度−時間特性と、そ
の結果生じるバイアスエラーのグラフである。既知のシ
ュープエラー係数は、残りの温度依存エラーを残して図
８Ｂのデータから容易に作られた。見られるように、取
付フランジの温度は−４５°Ｃと６５°Ｃの間で循環し
た。シュープ温度効果の補償後、時間あたり０．００９
２度以下の残留バイアスが２１時間にわたって観測され
た。これは明らかに受け入れ可能なジャイロ性能の範囲
内に含まれる。

【００２８】したがって、本発明は、改善されたバイア
ス性能を提供するファイバ式光学ジャイロスコープ用セ
ンサコイル配置を提供する。本発明に従って取付フラン
ジ、コイル及び台座を配置することにより、従来のスプ
ールに取り付けられたポット化センサコイル配置に共通
のバイアスエラーを著しく減少させることができる。本
発明は目下好適な実施例に関して説明されたが、それに
限らない。むしろ、本発明は、請求の範囲で定義される
限りにおいてのみ制限され、それの全ての同等物をその
範囲内に包含する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のスプールに取り付けられたファイバ光学
ジャイロスコープ用センサコイルの斜視図である。

【図２】図１の２−２線に沿って取られた図１のセンサ
コイル及びスプールの部分断面図である。

【図３】本発明による平坦な取付フランジに取り付けら
れたセンサコイルの斜視図である。

【図４】本発明の他の実施例によるコイル及び取付フラ
ンジの斜視図である。

【図５Ａ】前図の分割コイル実施例を支持するための取
付フランジのそれぞれ底面図及び側面図の１である。

【図５Ｂ】前図の分割コイル実施例を支持するための取
付フランジのそれぞれ底面図及び側面図の２である。

【図６】動作のために台座に係合された、本発明による
分割コイル及び取付フランジ配置の側断面図である。

【図７】本発明によって取り付けられたセンサコイルに
関する温度関数としての検知軸心合わせエラーのグラフ
である。

【図８Ａ】本発明によるセンサコイルに関する時間関数
としてのそれぞれ温度特性及びジャイロバイアスエラー
のグラフの１である。

【図８Ｂ】本発明によるセンサコイルに関する時間関数
としてのそれぞれ温度特性及びジャイロバイアスエラー
のグラフの２である。

【符号の説明】

２８ センサコイル ３１ 円盤状部材 ３２ 接着層 ３４ ファイバ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ）実質的に平坦な取付フランジと、 ｂ）同軸ターンの複数の層からなるコイルに整えられ
   た、連続した光ファイバと、 ｃ）前記コイルのターンは予め選択された組成のポット
   化材料に埋め込まれ、 ｄ）前記コイルの軸が前記取付フランジに実質的に垂直
   になるように、前記コイルを前記フランジに固定するた
   めの手段、の組み合わせからなることを特徴とするファ
   イバ式光学ジャイロスコープ用回転センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回転センサにおいて、さ
   らに、 ａ）前記コイルの第１の部分は、前記実質的に平坦な取
   付フランジの第１の平坦な面に固定され、 ｂ）前記コイルの第２の部分は、前記実質的に平坦な取
   付フランジの対向面に固定されることを特徴とする回転
   センサ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の回転センサにおいて、前
   記フランジは、前記コイルの前記第１及び第２の部分間
   で前記連続した光ファイバを導くための手段を含む回転
   センサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の回転センサにおいて、さ
   らに、前記フランジに係合され、前記コイルの軸の予め
   決められた心合わせを維持するための手段を含む回転セ
   ンサ。
5. 【請求項５】 請求項４記載の回転センサにおいて、前
   記取付フランジは、さらに、 ａ）管状の実質的に平坦な円盤部材と、 ｂ）前記管状円盤の中心に設けられたハブと、 ｃ）前記ハブの一部は前記円盤部材の表面の上下に軸方
   向に延出している、とを含む回転センサ。
6. 【請求項６】 請求項５記載の回転センサにおいて、前
   記連続した光ファイバを導くための前記手段は、前記円
   盤部材の周縁に設けられた少なくとも１つの円弧状溝を
   含む回転センサ。
7. 【請求項７】 請求項５記載の回転センサにおいて、前
   記連続した光ファイバを導くための前記手段は、ファイ
   バターンの少なくとも１／４の間に前記光ファイバを導
   くように配置される回転センサ。
8. 【請求項８】 請求項５記載の回転センサにおいて、前
   記ハブは、さらに、 ａ）円筒状壁と、 ｂ）前記円筒状壁は第１及び第２の厚さの軸方向部分か
   らなり、前記壁の第１の端部の近傍の領域は前記第１の
   厚さになっていると共に前記壁の対向する第２の端部の
   近傍の領域は前記第２の厚さになっており、 ｃ）前記壁は、前記壁と前記円盤部材の接合部の近傍の
   中間の軸方向領域にわたって前記第１の厚さから第２の
   厚さに変化する、を含む回転センサ。
9. 【請求項９】 請求項８記載の回転センサにおいて、前
   記コイルの軸の予め決められた心合わせを維持するため
   の前記手段は、さらに、 ａ）台座と、 ｂ）前記台座を前記予め決められた軸と心合わせするた
   めの手段と、 ｃ）前記コイルに関して前記取付フランジの予め決めら
   れた方向を維持するための手段とを含む回転センサ。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の回転センサにおいて、
    さらに、 ａ）前記取付フランジはチタニウムからなり、 ｂ）前記台座はステンレススチールからなり ｃ）前記台座は段部を含み、 ｄ）前記円筒状壁の第２の厚さは第１の厚さより大きく
    なっており、 ｅ）前記段部は前記ハブの前記第１の端部に当接してい
    る、ことを特徴とする回転センサ。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の回転センサにおい
    て、予め決められた心合せを維持するための手段は、さ
    らに、前記ハブの前記第２の端部を固定するための実質
    的に平坦な保持部材を含む回転センサ。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の回転センサにおい
    て、さらに、前記保持装置を前記台座に固定するための
    手段を含む回転センサ。
13. 【請求項１３】 ａ）実質的に平坦な取付フランジと、 ｂ）同軸ターンの複数の層からなるコイルに整えられ
    た、連続した光ファイバと、 ｃ）前記コイルの第１の部分は、前記実質的に平坦な取
    付フランジの第１の平坦な面に固定され、 ｄ）前記コイルの第２の部分は、前記実質的に平坦な取
    付フランジの対向面に固定され、 ｅ）前記フランジは、前記コイルの前記第１及び第２の
    部分間で前記連続した光ファイバを導くための手段を含
    み、前記手段は前記取付フランジの周縁の近傍に設けら
    れた少なくとも１つの円弧状溝を含み、 ｆ）前記コイルのターンは予め決められた組成のポット
    化材料に埋め込まれ、 ｇ）前記コイルの軸が前記取付フランジに実質的に垂直
    になるように、前記コイルを前記フランジに固定するた
    めの手段と、 ｈ）前記フランジに係合され、前記コイルの軸の予め決
    められた心合わせを維持するための手段、の組み合わせ
    からなることを特徴とするファイバ式光学ジャイロスコ
    ープ用回転センサ。
14. 【請求項１４】 ａ）チタニウムからなる実質的に平坦
    な取付フランジであって、（ｉ）管状の実質的に平坦な
    円盤部材と、（ｉｉ）前記円盤部材の中心に設けられた
    ハブと、（ｉｉｉ）前記ハブの一部は前記円盤部材の表
    面の上下に軸方向に延出している、を含む取付フランジ
    と、 ｂ）前記ハブは、さらに、（ｉ）円筒状壁と、（ｉｉ）
    前記円筒状壁は第１及び第２の厚さの軸方向部分からな
    り、前記壁の第１の端部の近傍の領域は前記第１の厚さ
    になっていると共に前記壁の対向する第２の端部の近傍
    の領域は前記第２の厚さになっており、（ｉｉｉ）前記
    壁は、前記壁と前記円盤部材の接合部の近傍の中間の軸
    方向領域にわたって前記第１の厚さから第２の厚さに変
    化する、を含み、 ｃ）同軸ターンの複数の層からなるコイルに整えられ
    た、連続した光ファイバと、 ｄ）前記コイルのターンは予め決められた組成のポット
    化材料に埋め込まれ、 ｅ）前記コイルの軸が前記取付フランジに実質的に垂直
    になるように、前記コイルを前記フランジに固定するた
    めの接着剤の層と、 ｆ）前記コイルの軸の予め決められた心合わせを維持す
    るための手段であって、該手段は、（ｉ）ステンレスス
    チール製台座と、（ｉｉ）前記台座を前記予め決められ
    た軸と心合せするための手段と、（ｉｉｉ）前記コイル
    の関して前記取付フランジの予め決められた方向を維持
    するための手段と、（ｉｖ）前記ハブの前記第２の端部
    を固定するための実質的に平坦な保持部材とを含み、 ｇ）前記台座は段部を含み、 ｈ）前記円筒状壁の第２の厚さは第１の厚さより大きく
    なっており、 ｉ）前記段部は前記ハブの前記第１の端部に当接してい
    る、の組み合わせからなることを特徴とするファイバ式
    光学ジャイロスコープ用回転センサ。