JPH0715385B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents

光ファイバジャイロ

Info

Publication number
JPH0715385B2
JPH0715385B2 JP58100087A JP10008783A JPH0715385B2 JP H0715385 B2 JPH0715385 B2 JP H0715385B2 JP 58100087 A JP58100087 A JP 58100087A JP 10008783 A JP10008783 A JP 10008783A JP H0715385 B2 JPH0715385 B2 JP H0715385B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
beam splitter
fiber loop
phase
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58100087A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59224511A (ja
Inventor
由和 西脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP58100087A priority Critical patent/JPH0715385B2/ja
Publication of JPS59224511A publication Critical patent/JPS59224511A/ja
Publication of JPH0715385B2 publication Critical patent/JPH0715385B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers 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
    • G01C19/728Assemblies for measuring along different axes, e.g. triads

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (ア)技術分野 この発明は、角速度を測定するための光フアイバジヤイ
ロに関する。
航空機、ロボツトなど、3次元空間で移動し、移動制御
が必要な移動体に於ては、自分自身の位置を算出するた
め、角速度を連続的に測定しなければならない。
光フアイバジヤイロは、単一モードフアイバをコイル状
に多数巻回した光フアイバループに、時計廻りと反時計
廻りに光を通し、両方の光の位相差を検出し、これによ
つて回転角速度を算出する。
光フアイバジヤイロはSagnac効果を利用するもので、時
計廻り、反時計廻り光の位相差Δθは で与えられる。λは光の波長、cは光速、kは波数、Ω
は回転角速度、Aは光フアイバループの全面積である。
位相差Δθと、角速度Ωは比例し、比例定数は分つてい
るので、Δθから角速度Ωを知ることができる。
(イ)従来技術とその問題点 光フアイバジヤイロは、フアイバループの中心軸を回転
軸とした運動の角速度を検出する。二次元空間を運動す
ることが分つている運動体の場合、光フアイバループは
ひとつでよい。二次元平面に対し垂直の中心軸を有する
光フアイバループを用いれば良い。
航空機のように三次元空間を運動するものや、船舶であ
つても横ゆれ、縦ゆれなどを知る必要がある場合など、
3個の光フアイバジヤイロが必要となる。それぞれの光
フアイバループの中心軸は互に直交するように設け、直
交主軸まわりの三つの回転角速度を検出すれば、回転変
位を完全に知ることができる。
光フアイバジヤイロは、光フアイバループだけで構成さ
れるのではない。光源、ビームスプリツター、検出器な
どを必要とする。
独立した光フアイバジヤイロを3個設けてもよいが、光
源、検出器などが重複することになる。さらに、光源を
駆動する回路や、検出器電流を増幅したりする回路も重
複する。
このため、サイズが大きくなり、コストも高くなる。
(ウ)本発明の構成 本発明の光フアイバジヤイロは、x,y,z軸のまわりの回
転角速度Ω,Ω,Ωを測定するものであるが、フ
アイバループは3つ用いるが、光源と検出器は共通にす
るのでひとつしか使用しない。それぞれのフアイループ
には、異る周波数で位相変調をかける位相変調素子を設
け、検出器の出力から、それぞれの周波数の信号のみを
フイルタを通して取り出し、三種類の信号から、直交三
軸まわりの回転速度を求める。
本発明の光フアイバジヤイロは、 (1)x,y,zの3軸に中心軸を合致させた3つの光フア
イバループと、 (2)光フアイバループの端に設けられた、3つの異な
る変調周波数(ω,ω,ω)で光を位相変調する
変調素子と、 (3)光フアイバ内を透過すべき光を発する光源と、 (4)光源からの光を2本の光線に分ける主ビームスプ
リツタと、分割された光線をさらに分割する副ビームス
プリツタと、 (5)3本に分けられた光を2分割し、それぞれの光フ
アイバループの両端へ入射させ、光フアイバループ内を
透過した光を再び合一させるビームスプリツタと、 (6)3つの光フアイバループからの光を再び合一した
主ビームスプリツタからの光強度を検出する光検出器
と、 (7)光検出器の出力信号から、それぞれの位相変調し
た周波数(ω,ω,ω)の信号を選択的に取りだ
す3つのフイルタと より構成される。
図面によつて、本発明の構成を再び説明する。
光源Pは、レーザダイオード、スーパールミニセントダ
イオードなどの発光素子、又はHe-Neレーザなどのレー
ザ発振器である。
光源Pからの光線は一定方向に直進する。この直線上
に、主ビームスプリツタB4、副ビームスプリツタB5、第
3ビームスプリツB3が設けられる。
主ビームスプリツタB4は、光を、互いに90°の角をなす
2本の光線に分ける。副ビームスプリツタB5は、分割さ
れた一方の光線をさらに、2分割する。こうして、3本
の光線がえられる。
第1フアイバループL1、第2フアイバループL2、第3フ
アイバループL3、は単一モード光フアイバを多数回コイ
ル状に巻回したものである。
第1ビームスプリツタB1、第2ビームスプリツタB2、第
3ビームスプリツタB3は、主、副ビームスプリツタB4
B5によつて得られた3本の光線を、それぞれ2分割し、
光フアイバループL1,L2,L3の両端に入射させる。光フ
アイバループL1,L2,L3の中を透過した光はビームスプ
リツタB1,B2,B3で再び合一する。
ビームスプリツタB1,B2,B3の光を、フアイバ端へ入射
させるため、結合レンズを用いるが、ここでは図示する
のを略した。
それぞれのフアイバループL1,L2,L3の一端には、変調
素子M1,M2,M3が設けてある。これは異なる角周波数ω
,ω,ωで位相変調するものである。
3つのフアイバループL1,L2,L3の中心軸は、三次元座
標x,y,zにそれぞれ平行であるものとする。
主ビームスプリツタB4の、ハーフミラーに関し、光源と
対称な方向に、光検出器Dが配置される。光検出器D
は、ホトダイオード、アバランシユホトダイオード、光
電子増倍管などを使うことができる。
光検出器Dの信号は増幅処理回路Aで、増幅される。こ
の電気信号は、3つのフイルタF1,F2,F3を通り、フイ
ルタにより、ω,ω,ωの周波数の電気信号のみ
を取り出すようになつている。この電気信号には、x,y,
z軸まわりの角速度Ω,Ω,Ωに起因する位相差
Δθ,Δθ,Δθが含まれる。そこで、これら信
号から位相差を知り、角速度を求めることができる。
(エ) 位相変調素子を使う場合 変調素子M1,M2,M3が位相変調素子の場合について説明
する。
第2図は位相変調素子の1例を示す斜視図である。円柱
状の圧電素子1の周囲に光フアイバループを巻きつけた
ものである。変調電源3によつて圧電素子に、変調電圧
を印加する。電圧に比例して、円柱が膨縮するから、フ
アイバは収縮、伸長を繰返す。光路が伸び縮みするの
で、位相が変化する。したがつて、これは位相変調素子
として機能する。圧電素子はPZT(Pb(ZrxTi1_x)O3
などを用いることができる。
第3図は他の位相変調素子の1例を示す斜視図である。
電気光学結晶4に、変調電源3によりωの変調周波数の
電圧を印加する。ポツケルス効果により、屈折率が電界
の強さに比例して変化するから、フアイバ2,2からの光
が電気光学結晶4を通過するときに位相変調をうける。
電気光学結晶としては、BSO結晶(Bi12SiO20)、LiNbO3
結晶などを用いる事ができる。
これらの変調素子は公知である。
光源Pの光の角周波数をωとする。
フアイバループL1、変調素子M1、ビームスプリツタB1
系について考える。フアイバループL1がその中心軸に関
して、角速度Ωで回転しているとすれば、フアイバルー
プを伝搬した後の、時計廻り光、反時計廻り光にはΔθ
の位相差が現われる。ΔθとΩの関係は、(1)式によ
つて与えられる。
位相変調の振幅をa、角周波数をωとすると、変調素
子M1に於て、光の位相φは φ=asinωt (2) で与えられる量だけ変化する。
第1図に於て、反時計廻り光の、ビームスプリツタB1
合一したときの位相φと書くことができる。Δθは求めるべき位相差である。
時計廻り光は、変調素子M1を経てから、光フアイバルー
プL1に入射する。
ビームスプリツタB1から位相変調素子M1へ直接に伝搬す
る(時計廻り)時間と、ビームスプリツタB1から、光フ
アイバループL1を経て位相変調素子M1へ遅れて伝搬する
(反時計廻り)時間の差をτとする。
時計廻り(cω)の光が、ビームスプリツタで、反時計
廻り(ccω)の光と合一した時、(3)に対応した時計
廻り光の位相φrは と書くことができる。
時計廻り光、反時計廻り光の振幅をEr,Elとすると、時
計廻り光、反時計廻り光の波動函数Ψr,Ψlは、 Ψr=Ersinφr (5) Ψl=Elsinφl (6) と表わすことができる。これは検出器Dにおける時計廻
り光、反時計廻り光の電場の強さと考えてよい。
実際には、フアイバループは3つあつて、時計廻り、反
時計廻り光は3つづつある。しかし、変調周波数が異な
るので実際にはこれを分離できる。
そこで、簡単のため、ひとつのフアイバループによる時
計廻り、反時計廻り光のみについて考える。光検出器D
では、(5),(6)の和の2乗が検出されるので、こ
れをD1とすると となる。(2ωの項)は光の周波数の二倍ということ
で、光検出器にはかからず、0とみてよい。
(7)の式のcosの中は である。aは変調の強さであるが、これは通常小さい値
であるので、 となる。
光検出器の検出信号は、ωを通すフイルターにより、
(9)式の第2項のみがとりだされる。フイルターによ
りωの周波数の信号をとりだすと、その振幅がsinΔ
θに比例する。
(9)式は、Δθを大きいものとしてテイラー展開した
ものである。実際には、変調振幅aに関してべきの展開
になる。(9)式はその意味で近似式であるが、後段
で、フイルターF1を通す際、ωの角周波数の信号しか
通らないから、2ω,……などの高次の項は落ちてし
まう。
Δθが0に近い場合、(9)のような展開はおかしいよ
うに見えるが、そうではない。フイルターF1を通す時に
aの1次の項以外は全て落ちるので、(9)式で考えて
よいことになる。Δθ=0のときは、2ω以上の項し
か含まない。結局、(9)式の第2項に着目するだけで
よく、比較定数を予め較正しておけば、sinΔθを知る
ことができる。
これと同じことが、残りの2つの光フアイバループと、
変調素子についても成りたつ。
フイルタF1,F2,F3により、それぞれω,ω,ω
の信号成分を取りだして、その強さを測定すれば、位相
差Δθ,Δθ,Δθを知ることができ、三次元空
間でのそれぞれの軸まわりの角速度を算出することがで
きる。
ただし、3つのフアイバループからの光を含むので、二
乗検波した後、低周波成分として、角周波数が(ω±
ω),(ω±ω),(ω±ω)の項も表われ
る。これらはフイルタF1,F2,F3のいずれをも通過して
はならないから、これら6つの角周波数のいずれもが、
ω,ω,ωに等しくならないよう選ばれなければ
ならない。
(オ) 効果 本発明によれば、物体の三次元的な角速度Ω,Ω
Ωを測定するため、光源、光検出器及び光源駆動回
路、検出器電流増幅回路などが3とおり要るのではな
く、各1つづつでよい。
ビームスプリツタの数やフイルタが新に必要である、な
どの点はあるが、部品点数よりも減り、寸法も小さくす
ることができる。
コストも低減できる。このように有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光フアイバジヤイロの光学系構成図。
各フアイバループの中心軸はx,y,z軸に平行である。 第2図は圧電素子を使つた位相変調素子の斜視図。 第3図は電気光学効果を使つた位相変調素子の斜視図。 P……光源 B4……主ビームスプリツタ B5……副ビームスプリツタ B1〜B3……ビームスプリツタ L1〜L3……光フアイバループ M1〜M3……変調素子 D……光検出器 A……増幅処理回路 F1〜F3……フイルタ ω〜ω……変調角周波数 ω……光の角周波数 1……圧電素子 2……光フアイバ 3……変調電源 4……電気光学結晶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心軸が互いに直交する3つの光ファイバ
    ループL1、L2、L3と、各ファイバループの端に設けられ
    た異なる変調周波数(ω、ω、ω)で光ファイバ
    内を伝搬する光の位相を変調する変調素子M1、M2、M
    3と、光ファイバ内を透過すべき光を発する光源Pと、
    光源Pからの光を2本の光線に分ける主ビームスプリッ
    タB4と、分割された光線をさらに分割する副ビームスプ
    リッタB5と、3本に分けられた光線をさらに2分割し、
    それぞれの光ファイバループL1、L2、L3の両端へ入射さ
    せ、光ファイバループ内を透過した光を再び合一させる
    ビームスプリッタB1、B2、B3と、3つの光ファイバルー
    プL1、L2、L3からの光を再び合一した主ビームスプリッ
    タB4からの光の波動関数の和の二乗を検出する光検出器
    Dと、光検出器Dの出力信号からそれぞれの変調周波数
    (ω、ω、ω)の3つの信号を選択的に取り出す
    3つのフィルタF1、F2、F3とより構成され、それぞれの
    変調周波数の成分より3つの光ファイバループ内での右
    廻り光と左廻り光の位相差を求め3つの光ファイバルー
    プの軸周りの回転角速度を求めることを特徴とする光フ
    ァイバジャイロ。
JP58100087A 1983-06-03 1983-06-03 光ファイバジャイロ Expired - Lifetime JPH0715385B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58100087A JPH0715385B2 (ja) 1983-06-03 1983-06-03 光ファイバジャイロ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58100087A JPH0715385B2 (ja) 1983-06-03 1983-06-03 光ファイバジャイロ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59224511A JPS59224511A (ja) 1984-12-17
JPH0715385B2 true JPH0715385B2 (ja) 1995-02-22

Family

ID=14264639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58100087A Expired - Lifetime JPH0715385B2 (ja) 1983-06-03 1983-06-03 光ファイバジャイロ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0715385B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4828389A (en) * 1987-04-21 1989-05-09 Smiths Industries Integrated triad optical rate sensor apparatus
JPH02145911A (ja) * 1988-11-28 1990-06-05 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 光ファイバ・ジャイロ
EP0388499A1 (de) * 1989-03-23 1990-09-26 LITEF GmbH Drehratensensoranordnung mit faseroptischen Sagnacinterferometern für drei Raumrichtungen
WO1990015967A1 (de) * 1989-06-21 1990-12-27 Teldix Gmbh Faserkreiselsystem
US5854678A (en) * 1996-06-28 1998-12-29 Honeywell Inc. Three-axis fiber optic gyroscope having a single source and multi-coupler configuration
DE102011104512A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Northrop Grumman Litef Gmbh Lichtquellen- und Kopplermodul für ein mehrstufiges Sensorsystem

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59224511A (ja) 1984-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4420258A (en) Dual input gyroscope
CN101886925B (zh) 基于载波调制的多波长干涉式光纤陀螺
US4671658A (en) Fiber optic rotation sensor utilizing a magnetic shield and an optical isolator
US4408882A (en) Optical gyroscope with time dependent wavelength
US4944591A (en) Double phase-conjugate fiber optic gyroscope
JPH0715385B2 (ja) 光ファイバジャイロ
CA1189725A (en) Dual-polarization interferometer with a single-mode waveguide
US4283144A (en) Method of fiber interferometry zero fringe shift referencing using passive optical couplers
JPS61147106A (ja) 位相変調方式光フアイバジヤイロ
US5214487A (en) Fiber optic gyro
JPH0350964B2 (ja)
RU2815704C1 (ru) Волоконно-оптический датчик угловой скорости без модулятора
EP0096213B1 (en) Optical fiber gyroscope
JPS61283812A (ja) 広いダイナミツクレンジを有する光フアイバジヤイロ
JPS6348283B2 (ja)
RU2122179C1 (ru) Волоконно-оптический гироскоп
JPH0633367Y2 (ja) 光フアイバジヤイロ
JPH0310882B2 (ja)
JPS60140116A (ja) 光フアイバレ−トセンサ
Al-Hilly et al. Fiber optic sensor for measuring rotation
JPS622121A (ja) 光フアイバジヤイロスコ−プ
JP2580652B2 (ja) 光ファイバジャイロ制御装置
JPH0763564A (ja) 光干渉型ジャイロ
JPH04106416A (ja) 光フアイバジヤイロ
JPS59226817A (ja) 光フアイバジヤイロ