JPH0718707B2 - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPH0718707B2 JPH0718707B2 JP58186599A JP18659983A JPH0718707B2 JP H0718707 B2 JPH0718707 B2 JP H0718707B2 JP 58186599 A JP58186599 A JP 58186599A JP 18659983 A JP18659983 A JP 18659983A JP H0718707 B2 JPH0718707 B2 JP H0718707B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- light
- phase
- component
- fiber gyro
- 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
Links
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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2817—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using reflective elements to split or combine optical signals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は光を使って回転角速度を検出する光ファイバジ
ャイロ、特に位相変調方式の光ファイバジャイロの特性
向上に関する。
ャイロ、特に位相変調方式の光ファイバジャイロの特性
向上に関する。
［従来技術とその問題点］ 光ファイバジャイロはSagnac効果を利用して角速度を求
めるものである。
めるものである。
第１図は光ファイバジャイロの原理を示す光学系構成図
である。
である。
発光素子１から出た単一波長λの光は、ビームスプリッ
タ２で２本の光線に分割され、結合レンズ3,4を経て、
単一モード光ファイバを多数回巻回した光ファイバルー
プ５のA,B端に入射する。各々の光はCW（時計廻り）光
及びCCW（反時計廻り）光として、光ファイバループ５
の中を互に逆方向に伝搬する。
タ２で２本の光線に分割され、結合レンズ3,4を経て、
単一モード光ファイバを多数回巻回した光ファイバルー
プ５のA,B端に入射する。各々の光はCW（時計廻り）光
及びCCW（反時計廻り）光として、光ファイバループ５
の中を互に逆方向に伝搬する。
光ファイバループ５から出射された光は結合レンズ4,3
を通り、ビームスプリッタ２で合一され、干渉波となっ
て受光素子６へ入射し、光強度が検出される。
を通り、ビームスプリッタ２で合一され、干渉波となっ
て受光素子６へ入射し、光強度が検出される。
光ファイバループが回転していないときは、CW光とCCW
光にとって光路長は等しい。従って、光ファイバループ
を伝搬して再びビームスプリッタで両者が合一されたと
き、位相差はない。
光にとって光路長は等しい。従って、光ファイバループ
を伝搬して再びビームスプリッタで両者が合一されたと
き、位相差はない。
もしも、光ファイバループ５が回転していればCW光とCC
W光の光路に差が生じる。光路差は位相差Δθとなって
現われる。この位相差Δθは、光ファイバループ５の回
転角速度Ωに比例する。
W光の光路に差が生じる。光路差は位相差Δθとなって
現われる。この位相差Δθは、光ファイバループ５の回
転角速度Ωに比例する。
すなわち光の波長をλ、光ファイバループの囲む全面積
をＡ、光速をｃとすると、CW光とCCW光の位相差Δθは
次式のように角速度Ωを用いて表される。
をＡ、光速をｃとすると、CW光とCCW光の位相差Δθは
次式のように角速度Ωを用いて表される。
CW光、CCW光の受光素子６の位置における振幅をE1，E2
とすると、両者に位相差Δθがあるとき、受光素子６の
出力Ｉは、 Ｉ＝E1 2＋E2 2＋2E1E2cosΔθ （２） によって与えられる。したがって受光素子６の出力から
Δθを求め、さらに目的の角速度Ωを計算する事ができ
る。
とすると、両者に位相差Δθがあるとき、受光素子６の
出力Ｉは、 Ｉ＝E1 2＋E2 2＋2E1E2cosΔθ （２） によって与えられる。したがって受光素子６の出力から
Δθを求め、さらに目的の角速度Ωを計算する事ができ
る。
しかし、このままではcosΔθの形での出力となり、肝
心のΔθが微小な領域では出力がほぼ一定となり感度が
悪い、右回転と左回転で同じ出力になり回転方向の判別
が不可能などの問題がある。これらの問題を解決するた
めにπ/2の位相バイアスを与えてsinΔθの形で出力を
得る構成として位相変調方式がある。
心のΔθが微小な領域では出力がほぼ一定となり感度が
悪い、右回転と左回転で同じ出力になり回転方向の判別
が不可能などの問題がある。これらの問題を解決するた
めにπ/2の位相バイアスを与えてsinΔθの形で出力を
得る構成として位相変調方式がある。
以下、位相変調方式について説明する。これは第２図に
示すようにCW光,CCW光に対して、光ファイバループの一
端でsinωｍｔの位相変調を加える方式である。ファイ
バ長をL,屈折率をｎとして、光の通過時間τ［sec］、
および位相変調の結果CW,CCW光の間に生じる位相差φ
［rad］を求めると次式となる。
示すようにCW光,CCW光に対して、光ファイバループの一
端でsinωｍｔの位相変調を加える方式である。ファイ
バ長をL,屈折率をｎとして、光の通過時間τ［sec］、
および位相変調の結果CW,CCW光の間に生じる位相差φ
［rad］を求めると次式となる。
φ＝ωｍτ＝２πfmτ （４） このとき位相変調によって、CW光、CCW光は次のように
変わる。
変わる。
上記の位相変調された両方の信号を光検出器で受光し、
その２乗検波を求めると次のようになる。ただし、 とする。
その２乗検波を求めると次のようになる。ただし、 とする。
（５）式の第３項がsinΔθを含む信号成分であり、出
力をωｍで復調することによって容易に取り出すことが
できる。なお、（５）式には光の２ω以上の成分が含ま
れるが、現実には受光素子の感度範囲を越えるため出力
されない。
力をωｍで復調することによって容易に取り出すことが
できる。なお、（５）式には光の２ω以上の成分が含ま
れるが、現実には受光素子の感度範囲を越えるため出力
されない。
復調によって（５）式から取り出されたsinΔθの係数
は、2E1E2J1（ξ）となる。ここでξ＝2bsin（πfmτ）
であるから、係数に含まれるJ1（ξ）の値は、変調度
b,変調周波数fm， を適当に選ぶことにより最大にできる。すなわち、ξ＝
2bsin（πfmτ）≒1.8のときJ1（ξ）が最大（≒0.55）
で、Δθひいては目的の角速度Ωが制度よく測定できる
ようになる。
は、2E1E2J1（ξ）となる。ここでξ＝2bsin（πfmτ）
であるから、係数に含まれるJ1（ξ）の値は、変調度
b,変調周波数fm， を適当に選ぶことにより最大にできる。すなわち、ξ＝
2bsin（πfmτ）≒1.8のときJ1（ξ）が最大（≒0.55）
で、Δθひいては目的の角速度Ωが制度よく測定できる
ようになる。
ところが実際の位相変調方式光ファイバジャイロでは、
以上のような理論にも関わらず同一角速度に対する出力
（スケールファクタ）が安定せず実用化への大きな障害
となっていた。温度によってスケールファクタが大きく
変動することは、Ulrich（“Fiber−optic rotation se
nsing with low drift",OPTICS LETTERS Vo1.5,No.5,19
80）等によつて発見されていたが、その対策は示されて
いなかった。
以上のような理論にも関わらず同一角速度に対する出力
（スケールファクタ）が安定せず実用化への大きな障害
となっていた。温度によってスケールファクタが大きく
変動することは、Ulrich（“Fiber−optic rotation se
nsing with low drift",OPTICS LETTERS Vo1.5,No.5,19
80）等によつて発見されていたが、その対策は示されて
いなかった。
［本発明の内容］ 本発明は前記の問題点を解決する手段を提示し、高精度
の光ファイバジャイロを実現するものである。
の光ファイバジャイロを実現するものである。
すなわち、位相変調方式の光ファイバジャイロにおい
て、受光素子の出力からその直流成分を抽出し、抽出さ
れた直流成分によって位相変調用発振器の印加電圧を帰
還制御する構成をとることによって、直流成分が一定に
なるように位相変調器への印加電圧を制御することを特
徴としている。以下に、本発明の技術内容を順を追って
説明する。
て、受光素子の出力からその直流成分を抽出し、抽出さ
れた直流成分によって位相変調用発振器の印加電圧を帰
還制御する構成をとることによって、直流成分が一定に
なるように位相変調器への印加電圧を制御することを特
徴としている。以下に、本発明の技術内容を順を追って
説明する。
一般に、位相変調器としては、圧電振動子により光ファ
イバを変形させ伝搬光の位相を変化させるもの、電気光
学結晶中に光を通し外部電界で結晶の屈折率を制御して
通過光の位相を変化させるものがある。ところがいずれ
の位相変調器においても、同一周波数、一定電圧で駆動
しているにも関わらず、変調器の温度特性によって変調
度ｂが変化する。このためｂに比例してξも変化し、J1
（ξ）の値も変化して、スケールファクタの変動につな
がる。
イバを変形させ伝搬光の位相を変化させるもの、電気光
学結晶中に光を通し外部電界で結晶の屈折率を制御して
通過光の位相を変化させるものがある。ところがいずれ
の位相変調器においても、同一周波数、一定電圧で駆動
しているにも関わらず、変調器の温度特性によって変調
度ｂが変化する。このためｂに比例してξも変化し、J1
（ξ）の値も変化して、スケールファクタの変動につな
がる。
本願発明者は、変調度ｂがスケールファクタに与える影
響を調べた結果、スケールファクタの温度変動の主要因
は変調度ｂの変動であり、スケールファクタを安定させ
るには変調度ｂの温度特性を補償する必要があるとの結
論にいたった。
響を調べた結果、スケールファクタの温度変動の主要因
は変調度ｂの変動であり、スケールファクタを安定させ
るには変調度ｂの温度特性を補償する必要があるとの結
論にいたった。
一方、（５）式によって表現される受光素子の出力のう
ちで変調度ｂが含まれる項は第２項、第３項であるが、
信号成分である第３項はΔθによって値が変化するため
変調度ｂの変動のみを抽出する目的には使えない。一方
第２項は、Δθの成分をcosΔθの形で含んでいるた
め、従来技術の棚で述べたように、Δθの微小範囲では
一定であり、変調度ｂの変動のみを抽出することが可能
である。
ちで変調度ｂが含まれる項は第２項、第３項であるが、
信号成分である第３項はΔθによって値が変化するため
変調度ｂの変動のみを抽出する目的には使えない。一方
第２項は、Δθの成分をcosΔθの形で含んでいるた
め、従来技術の棚で述べたように、Δθの微小範囲では
一定であり、変調度ｂの変動のみを抽出することが可能
である。
なお、ξの値は変調度ｂ以外に位相変調の位相差φによ
っても決定されるが、φは位相変調器の変調周波数に依
存し、外部から与える変調周波数が一定であれば、φも
一定であることが保障される。したがってξの変動要因
としては変調度ｂのみを考えておけばよい。
っても決定されるが、φは位相変調器の変調周波数に依
存し、外部から与える変調周波数が一定であれば、φも
一定であることが保障される。したがってξの変動要因
としては変調度ｂのみを考えておけばよい。
位相変調器による変調度ｂは、発振器の印加電圧に依存
する。したがって、上記の考え方に基づいて、受光素子
出力から直流成分を抽出し、発振器の印加電圧に負帰還
をかけることによって、変調度ｂの温度変動を押え、結
果として出力のスケールファクタの温度変動を除去する
ことができる。
する。したがって、上記の考え方に基づいて、受光素子
出力から直流成分を抽出し、発振器の印加電圧に負帰還
をかけることによって、変調度ｂの温度変動を押え、結
果として出力のスケールファクタの温度変動を除去する
ことができる。
以下本発明の実施例を第３図に従って説明する。
第３図において、光ファイバループ５からの出射光をハ
ーフミラー２で合成する前にハーフミラー7,8で分離し
て、それぞれの強度を受光素子9,10で受光する。ハーフ
ミラー7,8の挿入によって前記の（５）式は次のように
なる。
ーフミラー２で合成する前にハーフミラー7,8で分離し
て、それぞれの強度を受光素子9,10で受光する。ハーフ
ミラー7,8の挿入によって前記の（５）式は次のように
なる。
受光素子9,10の出力はそれぞれ であり、加算器13によって、 を得る。さらに1/2倍減衰器14を通すと となる。
この出力と、（６）式の直流成分をローパスフィルタ12
で取り出した値 とを比較器15で比較する。12の出力が14の出力と同じで
あれば（７）式の第２項、 は０でなければならない。
で取り出した値 とを比較器15で比較する。12の出力が14の出力と同じで
あれば（７）式の第２項、 は０でなければならない。
これはベッセル関数 であることを示す。J0（ξ）＝０はξ≒2.5のとき成立
するが、このとき信号成分の係数 で、J1の最大値0.55に比べても出力の低下は10％程度で
あるから実用上の問題はないことが分かる。
するが、このとき信号成分の係数 で、J1の最大値0.55に比べても出力の低下は10％程度で
あるから実用上の問題はないことが分かる。
したがって本願発明の実施例では比較器15の出力を発振
器の電圧に対して負帰還させることにより、 を保つように変調度ｂを安定に制御する構成をとってい
る。
器の電圧に対して負帰還させることにより、 を保つように変調度ｂを安定に制御する構成をとってい
る。
そしてこの条件の下では、（６）式第３項の信号分の係
数 は常に一定値（≒0.5）に保たれて、位相変調器の温度
特性等によるスケールファクタの変動を除去できる。
数 は常に一定値（≒0.5）に保たれて、位相変調器の温度
特性等によるスケールファクタの変動を除去できる。
なお以上の実施例では、CW光、CCW光のそれぞれからハ
ーフミラーによって分岐光を取り出して、受光素子の直
流成分のうち第１項を完全に相殺して第２項のみを抽出
する構成をとったが、（７）式第１項の光強度成分を安
定させることは比較的容易であるので、例えば受光素子
から取り出した直流成分をそのまま一定値と比較するだ
けで第２項の変動を検出することが可能であり、その結
果を発振器の電圧に帰還させても本願発明の要旨を変更
しないものであることは言うまでもない。
ーフミラーによって分岐光を取り出して、受光素子の直
流成分のうち第１項を完全に相殺して第２項のみを抽出
する構成をとったが、（７）式第１項の光強度成分を安
定させることは比較的容易であるので、例えば受光素子
から取り出した直流成分をそのまま一定値と比較するだ
けで第２項の変動を検出することが可能であり、その結
果を発振器の電圧に帰還させても本願発明の要旨を変更
しないものであることは言うまでもない。
［発明の効果］ 本発明により位相変調器の温度特性等による変調度の変
化によって発生するスケールファクタの変動が抑えら
れ、適切な動作点において安定した高精度の光ファイバ
ジャイロが実現できる。
化によって発生するスケールファクタの変動が抑えら
れ、適切な動作点において安定した高精度の光ファイバ
ジャイロが実現できる。
第１図は光ファイバジャイロの原理を表す光学系構成
図、第２図は位相変調方式を説明するための図、第３図
は本発明を説明するための図である。 図中 1:光源 2,7,8:ハーフミラー 3,4:レンズ 5:光ファイバループ 6,9,10:受光素子 11:位相変調器 12:ローパスフィルタ 13:加算器 14:1/2倍減衰器 15:比較器 16:発振器
図、第２図は位相変調方式を説明するための図、第３図
は本発明を説明するための図である。 図中 1:光源 2,7,8:ハーフミラー 3,4:レンズ 5:光ファイバループ 6,9,10:受光素子 11:位相変調器 12:ローパスフィルタ 13:加算器 14:1/2倍減衰器 15:比較器 16:発振器
Claims (2)
- 【請求項１】光ファイバループ中を互いに逆方向に伝搬
する光の位相を位相変調器によって正弦波的に変調し、
両廻り光の位相差を検出することによって回転角速度を
求める位相変調方式の光ファイバジャイロにおいて、両
廻り光を受光する受光素子の出力から直流成分を抽出す
る直流成分抽出手段と、抽出された直流成分によって位
相変調用発振器の印加電圧を帰還制御する電圧制御回路
とを有し、直流成分が一定になるように位相変調器への
印加電圧を制御することを特徴とする光ファイバジャイ
ロ。 - 【請求項２】第１項記載の光ファイバジャイロであっ
て、前記電圧制御回路は前記抽出された直流成分中の直
流レベル成分を用いて前記位相変調用発振器の印加電圧
を帰還制御することを特徴とする光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58186599A JPH0718707B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58186599A JPH0718707B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6078314A JPS6078314A (ja) | 1985-05-04 |
| JPH0718707B2 true JPH0718707B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=16191374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58186599A Expired - Lifetime JPH0718707B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0718707B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06307875A (ja) * | 1993-02-24 | 1994-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 信号検出方法及び位相変調度変動の検出方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL65344A (en) * | 1981-03-31 | 1987-08-31 | Univ Leland Stanford Junior | Single continuous optical fiber rotation sensor |
-
1983
- 1983-10-04 JP JP58186599A patent/JPH0718707B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．５，１９８０，Ｐ．１７３−１７５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6078314A (ja) | 1985-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0532679B1 (en) | Modulation frequency control in a fiber optic rotation sensor | |
| US4545682A (en) | Optical gyroscope | |
| EP0830570B1 (en) | Proper frequency tracker for fiber optic sensing coil | |
| EP0393987A2 (en) | Ring resonator gyro | |
| US5237387A (en) | Dual serrodyne resonator fiber optic gyroscope | |
| EP0502196B1 (en) | Optical interference angular velocity meter | |
| EP0536306B1 (en) | Interferometric signal analysis with modulation switching | |
| JP2780141B2 (ja) | 固有周波数位相シフトコントロールループ | |
| US5031988A (en) | Fiber optic gyro | |
| JPH03170016A (ja) | 二重セロダイン共振器光フアイバジヤイロスコープ | |
| EP0635117B1 (en) | Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer | |
| JPS61147106A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JPH0718707B2 (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| RU2160885C1 (ru) | Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа | |
| JPH0715385B2 (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| JPH0350964B2 (ja) | ||
| RU2793727C1 (ru) | Датчик угловой скорости | |
| JPH06103187B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| GB2028496A (en) | Interferometer gyro | |
| JPH0310882B2 (ja) | ||
| JPS63138208A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JPH0721415B2 (ja) | 回転角速度検出器 | |
| JPS59126912A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JPH02236112A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JP2003004454A (ja) | 光干渉角速度計 |