JPH0814918A - Pot-shaped optical fiber gyro sensor coil - Google Patents

Pot-shaped optical fiber gyro sensor coil

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JPH0814918A
JPH0814918A JP15183694A JP15183694A JPH0814918A JP H0814918 A JPH0814918 A JP H0814918A JP 15183694 A JP15183694 A JP 15183694A JP 15183694 A JP15183694 A JP 15183694A JP H0814918 A JPH0814918 A JP H0814918A
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sensor coil
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Abstract

PURPOSE: To provide a gyroscopic sensor coil for use in a severe vibratory and thermal environment by forming a coil in a pot shape from a silicon material containing a filler of carbon black, enhancing the hardness of polymer within the elasticity region, and decreasing the bias sensitivity of a gyroscope for vibrations. CONSTITUTION: The winding of an optical fiber 12 is robotized within the base material consisting of adhesive 16. Generally, the existence of adhesive 16 provide many advantages because of gyroscopic effect, including the promotion of preciseness in the coil windings. That is, the adhesive 16 is turned in pot shape applied layer by layer and hardened, so that smooth surfaces are generated among the windings of the subsequent layers. Such windings encourage the control of the coil structure resulting therefrom including essential factors such as the fiber spacing, the number of turns per layer, and the number of layers per coil and minimizes the winding defects such as shortage of turns.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバジャイロスコ
ープに関する。特に、本発明は激しい振動環境や急激に
変化する温度環境に用いられるポット状センサコイルデ
ザインに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to fiber optic gyroscopes. In particular, the present invention relates to a pot-shaped sensor coil design used in a severe vibration environment or a rapidly changing temperature environment.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】干渉計
の光ファイバ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)“最小の相反
性形態”(S. Ezekiel and M.J.Arditty, Fiber Optic
Rotation Sensors, New York, Springer-Verlag p. 2-2
6 1982)の必要条件を満足するためのビームスプリッタ
(光ファイバ方向結合器及び/または集積光学Y分岐)
と、(3)偏光維持(PM)ファイバか低複屈折(標準
的遠隔通信)ファイバかのどちらかで作られた光ファイ
バ検知コイルと、(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、ループビームスプリッタによって、検知コイルを伝
わる互いに逆方向に伝播する波に分離される。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、周知のサニャ
ック効果のため、計器が固定される作業台の回転速度に
比例する。
2. Description of the Related Art An optical fiber gyroscope for an interferometer comprises the following main components. That is, (1) light source and (2) “minimum reciprocal form” (S. Ezekiel and MJ Arditty, Fiber Optic
Rotation Sensors , New York, Springer-Verlag p. 2-2
6 1982) beam splitter (optical fiber directional coupler and / or integrated optical Y-branch) to meet requirements
And (3) a fiber optic sensing coil made of either polarization-maintaining (PM) fibers or low birefringence (standard telecommunications) fibers, and (4) polarizers (and sometimes one or more depolarizations). Container) and (5) detector. The light from the light source is split by the loop beam splitter into counter-propagating waves traveling through the sensing coil. The associated electronics measure the phase relationship between two interfering counter-propagating light beams that originate from both ends of the coil. The difference in phase shift experienced by the two beams is proportional to the rotational speed of the workbench where the instrument is fixed due to the well-known Sagnac effect.

【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。一般に、前記要因は、時間と共に変化するし、
コイルのいたるところに一様でなく分布される。これら
の環境要因は、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、光学的な光の進路の変化を引き起こ
す。前記2つの波により引き起こ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。
Environmental factors can affect the phase shift difference between the measured back-propagating beams, which can introduce bias errors. The environmental factors include variables such as temperature, vibration (acoustic and mechanical) and magnetic field. Generally, the factors change over time,
It is distributed unevenly throughout the coil. These environmental factors cause a change in the optical light path that each counterpropagating wave encounters as it travels through the coil. The phase shifts caused by the two waves are not equal, resulting in a net undesired phase shift indistinguishable from the rotation induced signal.

【0004】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、種々の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
コイル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。エヌ・フリゴ(N.Frigo) は、“Compensation of Li
near Sources of Non-reciprocity in Signal Interfer
ometers ”, Fiber Optics and Laser Sensors I,Prc
s. SPIE, Vol.412, p.268 (1983) において、非相反性
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、“光ファイバ検知コイル”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型光ファイバ検知コ
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。
One approach to reducing the sensitivity resulting from environmental factors has required the use of various symmetrical coil winding configurations. In the coil, the windings are arranged such that the structural center of the coil is located in the innermost layer while the two ends of the coil are located in the outermost layer. N. Frigo says “Compensation of Li
near Sources of Non-reciprocity in Signal Interfer
ometers ", Fiber Optics and Laser Sensors I , Prc
s. SPIE, Vol.412, p.268 (1983), proposed the use of specific winding patterns to compensate for non-reciprocity. Further, Bednarz U.S. Pat. No. 4,793,708 entitled "Fiber Optic Sensing Coil" teaches a symmetrical fiber optic sensing coil formed by two or four pole windings. The coil disclosed in this patent is
It shows enhanced performance over conventional spiral wound windings.

【0005】“4極巻線型光ファイバ検知コイル及びそ
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、改良された4極巻線型コイル
を教示している。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。適切なコイル巻線技術は、光ファ
イバジャイロの出力中にあるバイアスエラーの一部を最
小にするが、前記バイアスの全部をなくすことができな
い。特に、ジャイロ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、バイアス温度感
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。
US Pat. No. 4,856,900 to Ivancevic, entitled "Quadrupole Fiber Optic Sensing Coil and Method of Making It," discloses fiber tightening and microminiaturization due to the presence of pop-up fiber segments adjacent the end flange. Bending teaches an improved 4-pole wound coil that is overcome by replacing the pop-up segment with a concentrically wound turn wall that rises up between the connecting layers. Both of the US patents referenced above are the property of their respective assignees. Proper coil winding techniques minimize some of the bias error in the output of fiber optic gyros, but do not eliminate all of the bias. In particular, the design of the gyro sensor coil, random steps of the gyro, bias stability, bias temperature sensitivity, bias temperature gradient sensitivity, bias vibration sensitivity, bias vibration sensitivity, bias magnetic sensitivity, scale factor temperature sensitivity, scale factor linearity, And, it may have a strong influence on the input shaft temperature sensitivity.

【0006】接着剤の基質内にセンサコイルの巻線をポ
ット化することは、コイル巻線の精密度を促進するので
有益であると認められている。さらに、ポット化材料の
組成は、振動動的歪みにより引き起こされるファイバ長
と屈折率の変化の結果としてコイル内を互いに逆方向に
伝播する光波間の非相反的な位相シフトにより光ファイ
バジャイロスコープの振動バイアス感度に相当な影響を
持ち得ることが、“低バイアス光ファイバジャイロスコ
ープ用センサコイル”と題する共同発明者アマド コル
ドバ(Amado Cordova) 、ドナルド ジェイ ビリンスキ
ー(Donald J. Bilinski)、サムエル エヌ フェルシュ
ト(Samuel N. Fersht)、グレン エムスラビアン(Glenn
M. Surabian) 、ジョン ディ ワイルド(John D. Wil
de) 及びポール エイ ヒンマン(Paul A. Hinman)の係
属中の米国特許出願第07/938,294号に開示された。引用
した米国特許出願は、デザインが前述の環境要因を最小
にする多くの特徴を含むセンサコイルを開示している。
この特許出願において確認され取り組まれている論点の
なかには、カプセル状センサコイルのポット化材料組成
の弾性率と振動誘導バイアスの関係がある。
[0006] Potting the coil windings of the sensor coil within the adhesive matrix has been found to be beneficial because it promotes coil coil precision. In addition, the composition of the potting material depends on the non-reciprocal phase shift between the light waves propagating in opposite directions in the coil as a result of changes in fiber length and refractive index caused by vibrational dynamic strain. Co-inventors Amado Cordova, Donald J. Bilinski, and Samuel N. Ferscht (“Sensor Coils for Low-Bias Fiber Optic Gyroscopes”) can have a considerable effect on vibration bias sensitivity. Samuel N. Fersht), Glenn Emslavian (Glenn
M. Surabian), John D. Wil
de) and Paul A. Hinman in pending US patent application Ser. No. 07 / 938,294. The cited US patent application discloses a sensor coil whose design includes many features that minimize the aforementioned environmental factors.
Among the issues identified and addressed in this patent application is the relationship between the elastic modulus of the potting material composition of the capsule sensor coil and the vibration-induced bias.

【0007】一般に、振動誘導バイアスに関するジャイ
ロ性能は、高い弾性率すなわちヤング率(ポット化材料
の硬化温度から相当離れた温度におけるジャイロ動作に
関連した他の問題、例えば、温度に関連したコイル亀裂
や、コイルがPMファイバ組成からなる場合のhパレメ
ータ(偏光交差結合)劣化や、大きなバイアス温度感
度、を生じるほど高くはない)を持つポット化材料を用
いると大幅に改善されることが、この出願に開示されて
いる。ポリマーは、水分等の実質的な不浸透性のような
一般的特性のため粘着性ポット化材料の魅力的な候補で
ある。センサコイルは、引用した特許出願の教示を具体
化するポリマーで組み立てられる。例えば、商標“NO
RLAND 65”で市販されているUV硬化アクリル
樹脂接着剤でカプセル化されたコイルは、十分な振動バ
イアス特性を示した。しかしながら、ジャイロの動作範
囲を含む温度範囲を循環した場合、前記コイルは、ある
程度動揺する、温度に関連した変態を示した。これらは
いわゆる“バイアススパイキング”や“バイアスクロッ
シング”を含む。前記の現象は各々、ジャイロの良好な
動作を著しく妨げ得る。バイアススパイクはジャイロを
仕様からはずすほどの大きさになることもあり、また、
バイアスクロッシングはありえないすなわち実際的でな
いバイアスエラーを表わす能力を効果的に示すことがあ
る。
In general, gyro performance with respect to vibration-induced bias is a result of high modulus or Young's modulus (other problems associated with gyro operation at temperatures well away from the potting material curing temperature, such as temperature-related coil cracking and This application is significantly improved by using a potting material with h-parameter (polarization cross-coupling) degradation when the coil is made of PM fiber composition and not so high as to cause large bias temperature sensitivity. Is disclosed in. Polymers are attractive candidates for tacky potting materials due to their common properties such as substantial impermeability such as moisture. The sensor coil is constructed of a polymer embodying the teachings of the cited patent application. For example, the trademark "NO
The coil encapsulated with UV curable acrylic adhesive commercially available on RLAND 65 "showed sufficient vibration bias characteristics. However, when it was cycled through the temperature range including the operating range of the gyro, the coil was It has shown some temperature-related transformations that are agitated, including so-called “bias spiking” and “bias crossing.” Each of the above phenomena can significantly hinder the good operation of the gyro. It may be large enough to be removed from the specifications.
Bias crossings can effectively demonstrate the ability to represent impractical or impractical bias errors.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の前
記及び追加の欠点及び不具合に取り組み、光ファイバジ
ャイロスコープ用センサコイルを提供する。このような
コイルは光ファイバを含む。このファイバは、複数の同
心的な円筒形の層に整えられる。各層はファイバの複数
のターンからなり、各ターンは予め決められた巻線パタ
ーンに整えられる。前記ターンは、ガラス遷移温度がジ
ャイロの動作範囲外にあるポット化材料でカプセル化さ
れる。本発明の上記及び他の特徴及び利点は、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、説明文の数字に対応
して本発明の種々の特徴を指し、同じ数字はいずれにお
いても同じ特徴を指している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention addresses the above and additional shortcomings and disadvantages of the prior art and provides a sensor coil for a fiber optic gyroscope. Such coils include optical fibers. The fiber is arranged in concentric cylindrical layers. Each layer consists of multiple turns of the fiber, each turn arranged in a predetermined winding pattern. The turns are encapsulated with potting material whose glass transition temperature is outside the operating range of the gyro. The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description below. The above description is accompanied by a set of drawings. The numbers in the figures refer to the various features of the invention that correspond to the numbers in the description and the same numbers refer to the same features in each.

【0009】[0009]

【実施例】図面を参照すると、図1は本発明によるセン
サコイル10の斜視図である。前述のように、センサコ
イル10は光ファイバジャイロスコープシステムの重要
な素子を提供する。使用時、センサコイル10は回転速
度が測定されるべき作業台に固着される。センサコイル
10は、支持スプール14に巻かれた光ファイバ12か
らなり、共通の光源(図示しない)から発せられる互い
に逆方向に伝播するビーム対を受ける光ガイドとして役
立つ。図1の支持スプール14は端部フランジを含む
が、その有無は請求される発明の一部を形成しない。
1 is a perspective view of a sensor coil 10 according to the present invention. As mentioned above, the sensor coil 10 provides an important element of a fiber optic gyroscope system. In use, the sensor coil 10 is fixed to the workbench whose rotational speed is to be measured. The sensor coil 10 consists of an optical fiber 12 wound on a support spool 14 and serves as a light guide for counter-propagating beam pairs emanating from a common light source (not shown). The support spool 14 of FIG. 1 includes end flanges, the presence or absence of which does not form part of the claimed invention.

【0010】スプール14は、好適には、カーボン混成
の混合物、または、商標“P−25”、“P−55”ま
たは“P−105”の下にアモコ社(Amoco Corporatio
n) のような供給元から市販されているもののような織
カーボンファイバを含む、係属中の米国特許出願第07/9
38,294号に開示されているような、同じ加工熱特性を有
する他の材料(特に、低い熱膨張係数を有する硬化材
料)からなる。スプール14は、例えばフェノール材料
からなる接合基質により多数のファイバ層チューブまた
はシートに作られたファイバで形成される。スプール1
4は、例えばそれらからの切断部を含む多くの既知の方
法によって前記チューブまたはシートから形成しても良
い。かけがえとして、織ファイバは予め決められた方向
に整えることができ、ある色合いにし、それを取り巻く
接合材料の型を形作る。他の方法は、切り刻んだファイ
バが移送成形材料に混合され、移送型枠に移送または圧
入される移送成形を用いる。ファイバは、好適には、接
合基質材料内で、スプールの回転軸22に対して長軸方
向かつ円周方向にアライメントされた直角に方向づけら
れる。ファイバをそのように整えることにより、スプー
ル14は、温度に従って長軸方向かつ半径方向に対称的
に膨張するだろう。
Spool 14 is preferably a mixture of carbon hybrids or the Amoco Corporatio under the trademarks "P-25", "P-55" or "P-105".
n) pending US patent application Ser. No. 07/9, including woven carbon fibers such as those commercially available from sources such as
It consists of other materials with the same processing thermal properties, in particular hardened materials with a low coefficient of thermal expansion, as disclosed in 38,294. The spool 14 is formed of fibers made into a multiplicity of fiber layer tubes or sheets with a splice substrate, eg, of a phenolic material. Spool 1
4 may be formed from the tube or sheet by many known methods including, for example, cuts therefrom. Alternately, the woven fiber can be trimmed in a predetermined direction to give it a tint and shape the mold of bonding material surrounding it. Another method uses transfer molding in which chopped fibers are mixed with transfer molding material and transferred or pressed into a transfer mold. The fibers are preferably oriented longitudinally and circumferentially at right angles to the axis of rotation 22 of the spool within the bond matrix material. With such fiber alignment, spool 14 will expand longitudinally and radially symmetrically with temperature.

【0011】引用した特許出願に開示されているよう
に、発明者により明らかにされた光ファイバジャイロス
コープのバイアス非相反性の理論的モデルは、動的熱環
境におけるジャイロバイアスエラーは熱応力に起因する
ことがあることを開示している。この効果は、 "Therm
ally Induced Non-Reciprocity in the Fiber Optic In
terferometer", D.M.Shupe, Applied Optics, Vol. 19,
p.654(1980)に発表されている標準的な温度シュープ効
果と同じである。カーボン混成に基づいたスプール14
の使用は、前記バイアス源のひとつ、すなわち、ガラス
光ファイバと従来の金属製スプール間に存在する熱的不
整合に取り組む。熱応力誘導バイアスの他の駆動源は、
コイルポット化材料の膨張/収縮(下記に説明する)に
よる熱応力である。標準的な温度シュープ効果と熱応力
で引き起こされるシュープ効果の違いは、コイルが定常
温度勾配にさらされる時に明らかに顕著になる。標準的
なシュープ効果によるバイアスエラーは、温度勾配が時
間に従って一定になりしだいなくなるが、熱応力効果に
よるバイアスエラーは、コイルの温度が変化している間
はゼロにならず、その効果は、温度勾配が定常状態に達
した後までも残る。これらの効果を対比すると、標準的
なシュープ効果は、主に、コイルを横切る温度勾配の変
化率の関数になるが、熱応力で引き起こされるシュープ
効果は、主に、コイルの平均温度の変化率の関数とな
る。
As disclosed in the cited patent application, the theoretical model of bias non-reciprocity of a fiber optic gyroscope revealed by the inventor is that the gyro bias error in a dynamic thermal environment is due to thermal stress. It discloses that there is something to do. This effect is "Therm
ally Induced Non-Reciprocity in the Fiber Optic In
terferometer ", DMShupe, Applied Optics , Vol. 19,
This is the same as the standard temperature-shoop effect published on p.654 (1980). Spool 14 based on carbon hybrid
To address the thermal mismatch that exists between one of the bias sources, a glass optical fiber and a conventional metal spool. Other sources of thermal stress induced bias are
Thermal stress due to expansion / contraction (described below) of the coil pot material. The difference between the standard temperature Shupe effect and the thermal stress-induced Shupe effect is clearly noticeable when the coil is exposed to a steady temperature gradient. The bias error due to the standard Shupe effect becomes less constant as the temperature gradient becomes constant over time, but the bias error due to the thermal stress effect does not become zero while the coil temperature changes, and the effect is It remains even after the gradient reaches steady state. Contrasting these effects, the standard Shupe effect is primarily a function of the rate of change of the temperature gradient across the coil, while the thermal stress-induced Shupe effect is primarily the rate of change of the average temperature of the coil. Is a function of.

【0012】図2は、光ファイバ12の層にされた巻線
の代表的な一部の拡大断面図である。図に見られるよう
に、光ファイバ12の巻線は、接着剤16からなる基質
内にポット化される。一般に、前記接着剤16の存在は
ジャイロのために多くの利点を提供する。これらはコイ
ル巻線の精密度の促進を含む。すなわち、ポット化接着
剤16は、1層ずつ塗られて硬化し、滑らかな表面が後
続の層の巻線の間に存在するようにすることができる。
このような巻線状況は、ファイバ間隔、1層当たりのタ
ーン数、コイルあたりの層数のような必須ファクタを含
む、その結果生じるコイル構造の制御を増強させ、“タ
ーン不足”のような巻線欠陥を最小限にする。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a representative portion of layered windings of optical fiber 12. As can be seen, the windings of optical fiber 12 are potted in a substrate of adhesive 16. In general, the presence of the adhesive 16 offers many advantages for the gyro. These include facilitating coil winding precision. That is, the potting adhesive 16 may be applied layer by layer and cured so that a smooth surface is present between the windings of subsequent layers.
Such winding conditions enhance control of the resulting coil structure, including essential factors such as fiber spacing, number of turns per layer, number of layers per coil, and windings such as "insufficient turns". Minimize line defects.

【0013】ターンすなわち巻線がポット化接着剤の基
質に埋め込まれるコイルを作るために、種々の製造方法
を用いることができる。前記方法は、例えば、スポイト
型調合器による接着剤の塗布及び硬化を含む。前記方法
は、後続の像の巻線のために滑らかな表面が提供される
ことを保証する。急速に硬化できるuv硬化接着剤は前
記方法に最も適している。他の製造方法は、非常に低い
粘性の接着剤による真空注入を伴う乾式コイル巻線を含
む。他の湿式巻線技術は、コイルを巻きながら塗布する
熱硬化接着剤を用いる。この接着剤は巻付け中は(流動
形態で)硬化しないままになっている。次いで、完成し
た(巻かれた)コイルは熱硬化する。
Various manufacturing methods can be used to make a coil in which the turns or windings are embedded in the substrate of the potting adhesive. The method includes, for example, applying and curing the adhesive with a dropper-type dispenser. The method ensures that a smooth surface is provided for subsequent image windings. UV-curable adhesives that can be rapidly cured are most suitable for the method. Other manufacturing methods include dry coil winding with vacuum injection with a very low viscosity adhesive. Another wet winding technique uses a thermosetting adhesive that is applied while winding the coil. The adhesive remains uncured (in flow form) during winding. The finished (rolled) coil is then heat set.

【0014】コイルのポット化は多くの利点を提供する
が、ポット化材料の選択及び塗布方法はそれ自体ジャイ
ロ性能に相当に影響を与え得る。特に、ポット化接着剤
16の注意深い選択により、振動誘導バイアスエラー及
び温度効果に対するセンサコイル10の感度を相当減少
させることができる。センサコイルのバイアス振動感度
は、その出力中に回転速度信号から区別することができ
ない非相反性位相エラーを導入する、コイル内の作用か
ら生じる。前記感度は、振動動的歪みにより引き越され
るファイバ長及び屈折率の変化から順次生じる、互いに
逆方向に伝播する波の非相反的な位相差によって引き起
こされる。このバイアスエラーはその性質が前述のシュ
ープバイアスエラーと類似しており、主な相違点は、環
境外乱が温度変化よりむしろ振動性歪みになることであ
る。
While potting the coil offers many advantages, the choice of potting material and the method of application can itself significantly affect gyro performance. In particular, careful selection of potting adhesive 16 can significantly reduce the sensitivity of sensor coil 10 to vibration induced bias errors and temperature effects. The bias vibration sensitivity of the sensor coil results from the action in the coil that introduces into its output a non-reciprocal phase error that cannot be distinguished from the rotational speed signal. Said sensitivity is caused by the non-reciprocal phase difference of the waves propagating in opposite directions, which in turn results from the changes in fiber length and refractive index carried over by the oscillatory dynamic strain. This bias error is similar in nature to the previously mentioned Shuep bias error, the main difference being that environmental disturbances are oscillatory strains rather than temperature changes.

【0015】発明者は、共振周波数が計器性能帯域幅か
ら大幅にはずれている場合(かつノイズファクタが無視
できる場合)、正弦波振動スイープに対するジャイロス
コープのオープンループ応答は振動周波数の一次関数に
なることを実験的に観測した。これは、振動方向がコイ
ル入力軸に平行になっている(軸方向振動になってい
る)かまたは垂直になっている(横方向振動になってい
る)かのどちらかの場合に確かなことである。すなわ
ち、光ファイバジャイロのバイアス振動感度は振動周波
数の一次関数になり、バイアス振動感度モデルで予測さ
れた結果が発明者により明らかにされた。さらに、横方
向振動の下では、ジャイロ出力は、ほぼ正弦波の(すな
わちアジマス角度のSINとして変化する)アジマス依
存度を示している。
The inventor has found that the gyroscope open-loop response to a sinusoidal oscillatory sweep is a linear function of the oscillatory frequency when the resonant frequency deviates significantly from the instrument performance bandwidth (and the noise factor is negligible). This was observed experimentally. This is true if the vibration direction is either parallel to the coil input shaft (vibrating axially) or perpendicular (vibrating laterally). Is. That is, the bias vibration sensitivity of the optical fiber gyro becomes a linear function of the vibration frequency, and the inventor clarified the result predicted by the bias vibration sensitivity model. Further, under lateral vibration, the gyro output exhibits a nearly sinusoidal (ie, varying as SIN of azimuth angle) azimuth dependence.

【0016】この振動感度の結果は重大である。たとえ
“DC整流”と呼ばれる直流DCバイアス効果が観測さ
れなくとも、電子的構成要素の振動で引き起こされる飽
和は、クローズドループエレクトロニクスを一定の振動
周波数の回転速度の監視から防止することができる。こ
れは、見かけ上DC整流として現われ得る。また、角速
度ノイズが、システムレベルの疑似円錐形成ばかりでな
く前記振動から生じる。上述の振動に関連した問題は、
ファイバ巻線に生じる振動動的応力が最小になるように
ポット化接着剤からなる基質とファイバ巻線を整えるこ
とにより、最小にするかなくすことができる。ファイバ
コアにおける高い応力及び歪みは動的増幅によって生じ
る。この有害な動的増幅効果は、不十分な弾性の固さを
有するポット化接着剤の使用にたどられ得る。しかしな
がら、非常に高いヤング率のポット化材料の使用は、ポ
ット化材料が固くなり過ぎるという一定の温度関連効果
により、ある程度まで抑えられるか制限される。これら
の効果のなかには、コイル亀裂、コイルがPMファイバ
製の場合のhパラメータ(偏光交差結合)劣化、大きな
バイアス温度勾配感度がある。振動誘導バイアスに対す
る十分な解決は、その粘性及びカプセル化特性に起因し
て大いに望ましい種々のポリマーでセンサコイルをポッ
ト化することにより見出された。しかしながら、ポリマ
ーでコイルをポット化すると、ジャイロは、振動に無関
係に表われる他の相当なバイアスエラーを示すことがわ
かった。最も重要なことに、発明者は、バイアススパイ
キング及び/またはバイアスクロッシングの外乱現象
が、NORLAND 65として市販されているUV硬
化アクリル接着剤のようなコイルポット化材料を用いる
ジャイロにおいて一様に生じることを見出した。前記変
態は、センサコイルが動作温度範囲を超えて循環する時
に表われる。
The consequences of this vibration sensitivity are significant. Even if a DC DC bias effect called "DC rectification" is not observed, vibration-induced saturation of electronic components can prevent closed-loop electronics from monitoring rotational speed at constant vibration frequencies. This can appear as apparent DC rectification. Also, angular velocity noise results from the vibrations as well as system level pseudo-cone formation. The problems associated with the vibrations mentioned above are
It can be minimized or eliminated by aligning the substrate of potting adhesive with the fiber windings to minimize the oscillatory dynamic stresses that occur in the fiber windings. High stresses and strains in the fiber core result from dynamic amplification. This deleterious dynamic amplification effect can be traced to the use of potted adhesives that have insufficient elastic hardness. However, the use of very high Young's modulus potting material is limited or limited to some extent by the constant temperature-related effect of the potting material becoming too stiff. Among these effects are coil cracking, h-parameter (polarization cross-coupling) degradation when the coil is made of PM fiber, and large bias temperature gradient sensitivity. A satisfactory solution to vibration-induced bias has been found by potting the sensor coil with various polymers that are highly desirable due to their viscosity and encapsulation properties. However, when potting the coil with polymer, the gyro has been found to exhibit other significant bias errors that appear independent of vibration. Most importantly, the inventor has found that bias spiking and / or bias crossing disturbance phenomena occur uniformly in gyros using coil potting materials such as UV cured acrylic adhesives marketed as NORLAND 65. I found that. The transformation appears when the sensor coil circulates above the operating temperature range.

【0017】図3は、NORLAND65アクリル接着
剤でポット化されたセンサコイルを含むジャイロに関す
る、(約−10℃乃至70℃にわたる)コイル温度対バ
イアスエラー(時間あたりの度)の関係のグラフであ
る。試験コイルは、200メートルのコーニング社(Cor
ning corporation) 製の165ミクロンファイバで構成
した。それはカーボン複合材料からなる心棒に20層形
態に巻かれた。コイル温度は高低に勾配させた。プロッ
トされるものとしてのデータは、ジャイロ出力と温度の
直線的な関係と温度率依存度との両方に関して補正され
た。残りの残留バイアスは、コイル温度が−10℃と7
0℃間を循環するにつれて時間あたり0.62度の標準
偏差で特徴づけられる。図に見られるように、データの
急で極端な逸脱(バイアススパイク)は50℃あたりに
生じている。図のバイアススパイクは時間あたり5度を
越えている。
FIG. 3 is a graph of coil temperature (over about -10 ° C. to 70 ° C.) versus bias error (degrees per hour) for a gyro containing a sensor coil potted with NORLAND 65 acrylic adhesive. . The test coil is a 200 meter Corning
ning corporation) 165 micron fiber. It was wound into a 20-layer form on a mandrel of carbon composite material. The coil temperature was ramped up and down. The data as plotted was corrected for both the linear relationship between gyro output and temperature and temperature rate dependence. The remaining residual bias has coil temperatures of -10 ° C and 7
It is characterized by a standard deviation of 0.62 degrees per hour as it cycles between 0 ° C. As can be seen in the figure, a steep and extreme deviation of the data (bias spike) occurs around 50 ° C. The bias spike in the figure exceeds 5 degrees per hour.

【0018】図4は、約−25℃と70℃間を循環させ
た、NORLAND 65でポット化された他のセンサ
コイルから得られたデータの同様なグラフである。この
コイルからのデータはバイアスクロッシング現象を表わ
している。標準偏差は、時間あたり4度を越えるピーク
ツーピークバイアス偏位を伴い0.61が得られた。温
度勾配の異なる方向から得られたデータのプロットは、
約5℃及び50℃に対応する2点で互いに交差してい
る。前記クロッシングは、温度変化率に対するバイアス
依存度(すなわちシュープ係数)も同様に温度依存的に
なることを示している。前記依存度は、順次、バイアス
のモデル化、及び、実際的でないジャイロ出力信号外の
バイアスエラーのモデル化を行なうバイアスの分析に非
常に複雑にする。
FIG. 4 is a similar graph of data obtained from another NORLAND 65 potted sensor coil cycled between about -25 ° C and 70 ° C. The data from this coil represents the bias crossing phenomenon. The standard deviation was 0.61 with a peak-to-peak bias excursion of more than 4 degrees per hour. A plot of the data obtained from different directions of the temperature gradient is
It intersects with each other at two points corresponding to about 5 ° C and 50 ° C. The crossing shows that the bias dependence (that is, the Shupe coefficient) on the temperature change rate also becomes temperature dependent. The dependence is, in turn, very complicated for bias modeling and for bias analysis to model bias errors outside the gyro output signal which is impractical.

【0019】発明者は、上述の現象をポット化材料とし
て用いられるポリマーの物理的作用に関連付けた。ポリ
マーはいずれも、それのいわゆるガラス遷移領域、すな
わち、材料のヤング率の相当な変化が観測される温度範
囲により特徴付けられる。この領域は、温度が増加する
につれてガラス質の状態から弾性のある状態への遷移が
起きる。ポリマーは、そのガラス遷移領域にわたって1
50,000p.s.i.以上から400p.s.i.
まで固さの変化を示し得る。図5は、その温度が−10
0℃から100℃に上がる時の、温度と硬化したNOR
LND 65のヤング率の関係のグラフである。図に見
られるように、材料のヤング率の急な減少は、このアク
リル接着剤がほぼ零℃まで冷えた時に始まり、前記遷移
はほぼ50℃で終わっている。これは、ガラス質の状態
から弾性のある状態への物理的遷移に対応している。遷
移領域の中心は、28℃で起こるヤング率の点線部分の
グラフのピーク18にほぼ一致している。NORLAN
D 65のヤング率は、前記遷移領域にわたって約22
0,000p.s.i.から約400p.s.i.まで
変化し、固さが500倍減少する。
The inventor has linked the phenomenon described above to the physical action of the polymer used as the potting material. All polymers are characterized by their so-called glass transition region, ie the temperature range over which a considerable change in the Young's modulus of the material is observed. In this region, a transition from a glassy state to an elastic state occurs as the temperature increases. The polymer has 1 over its glass transition region.
50,000 p. s. i. From the above, 400 p. s. i.
Can show changes in hardness. In FIG. 5, the temperature is -10.
Temperature and cured NOR when increasing from 0 ℃ to 100 ℃
It is a graph of the relationship of Young's modulus of LND 65. As can be seen, the sharp decrease in the Young's modulus of the material begins when the acrylic adhesive cools to approximately 0 ° C and the transition ends at approximately 50 ° C. This corresponds to the physical transition from the vitreous state to the elastic state. The center of the transition region almost coincides with the peak 18 of the dotted line graph of Young's modulus that occurs at 28 ° C. NORLAN
The Young's modulus of D 65 is about 22 over the transition region.
10,000 p. s. i. From about 400 p. s. i. The hardness is reduced by 500 times.

【0020】発明者は、バイアススパイキング及びバイ
アスクロッシングの有害現象がこのポット化材料のガラ
ス遷移領域内または近傍の温度で起こることに注目し
た。実際、発明者は、“バイアススパイキング”と“バ
イアスクロッシング”は共に、遷移領域の2つの“端”
の近傍すなわち零℃あたり及び50℃あたりで起こるこ
とを見出した。このことは、バイアス現象の温度依存度
とポリマーポット化材料のガラス遷移領域作用の間の相
関を推論し、それに基づいて新しいポット化材料を作る
べく、発明者を導いた。それに応じて、発明者は、受入
可能なレベルまでバイアス振動感度を効果的に減少させ
るために(1)ジャイロの動作範囲外にあるガラス遷移
温度と(2)(コイル形状ファクタと予測される振動共
振に基づいた)かなり大きな弾性率の両方により特徴付
けられる、センサコイル用のポリマーに基づいたポット
化材料を捜し求めた。
The inventors have noted that the adverse phenomena of bias spiking and bias crossing occur at temperatures in or near the glass transition region of the potted material. In fact, the inventor has found that "bias spiking" and "bias crossing" are both two "edges" of the transition region.
It was found to occur in the vicinity of 0 ° C., that is, around 0 ° C. and around 50 ° C. This led the inventor to infer a correlation between the temperature dependence of the bias phenomenon and the glass transition region action of the polymer potting material, and to make a new potting material based on it. Accordingly, the inventor has (1) a glass transition temperature outside the operating range of the gyro and (2) (coil form factor and expected vibrations) in order to effectively reduce the bias vibration sensitivity to acceptable levels. A polymer-based potting material for the sensor coil was sought, which was characterized by both a rather large elastic modulus (based on resonance).

【0021】一般に、商業的な用途は−40℃乃至60
℃の動作範囲の仕様になっているが、軍用の仕様は−5
5℃乃至105℃の領域にわたる動作を要求する。当
然、NORLAND 65でポット化されたセンサコイ
ルのガラス遷移温度とその結果の有害なバイアススパイ
ク及びバイアスクロッシングは、不幸にして軍用及び商
業用の動作温度仕様の両方に十分含まれることが注目さ
れる。発明者は、ポット化されたコイル及びジャイロを
NORLAND 65等のポリマーで経験されるタイプ
のエラーにさらさない、ポリマーに基づいたポット化材
料を開発した。これは、2つの方法で達成された。第一
に、コイルは、ガラス遷移領域がジャイロセンサコイル
の動作温度範囲外にあるポリマー接着剤でポットされ
る。第二に、固さへの振動誘導バイアスの依存を認め
て、必要なヤング率が得られるように弾性のある領域に
ポリマーを固めるために、適当な“充填剤”をポリマー
に加えることができる。
Generally, for commercial use, -40 ° C to 60 ° C.
The operating range is ℃, but the military specification is -5.
It requires operation over the range of 5 ° C to 105 ° C. Of course, it is noted that the glass transition temperature of the NORLAND 65 potted sensor coil and the resulting detrimental bias spikes and crossings are unfortunately well within both military and commercial operating temperature specifications. . The inventor has developed a polymer-based potting material that does not expose potted coils and gyros to the type of errors experienced with polymers such as NORLAND 65. This was accomplished in two ways. First, the coil is potted with a polymer adhesive whose glass transition region is outside the operating temperature range of the gyro sensor coil. Secondly, a suitable "filler" can be added to the polymer to allow for the dependence of the vibration-induced bias on the stiffness and to solidify the polymer in the elastic region to obtain the required Young's modulus. .

【0022】特に、発明者は良好な候補材料を提供する
シリコンを発見した。それらのガラス遷移温度は、−5
5℃以下したがって商業及び軍用の仕様外にある。した
がって、前記の材料は、バイアススパイクやバイアスク
ロッシングにいたる材料のヤング率の相当な変化が通常
のジャイロ動作中起こらないことを保証するのに申し分
のないものであるが、ガラス遷移領域を越える(それよ
りもっと正の)温度領域における前記材料のヤング率
は、遷移領域以下より相当低い率を持つ。これは、当
然、すべてのポリマーの症状である。例えば、図5で
は、遷移温度が、振動誘導バイアスに対する望ましい抵
抗を与えるほど大きくなり得ない相当減少した固さのと
ころであるが限度を越えた時に、ヤング率が非常に安定
になることに注目することができる。同様に、図6A
は、シリコン材料のヤング率は約370p.s.i.だ
けであり、したがって厳しい振動環境で動作するのに要
求されるジャイロスコープのために必要なほど固くない
ことを示している。
In particular, the inventor has discovered silicon which provides a good candidate material. Their glass transition temperature is -5.
Below 5 ° C and therefore out of commercial and military specifications. Therefore, the above-mentioned materials are satisfactory in ensuring that no significant changes in the Young's modulus of the material, which lead to bias spikes and bias crossings, occur during normal gyro operation, but beyond the glass transition region ( The Young's modulus of the material in the (more positive) temperature region has a much lower modulus than in the transition region and below. This is, of course, a symptom of all polymers. For example, in FIG. 5, note that the Young's modulus becomes very stable when the transition temperature exceeds a limit, but at a significantly reduced stiffness that cannot be large enough to provide the desired resistance to vibration-induced bias. be able to. Similarly, FIG.
Has a Young's modulus of about 370 p.s. s. i. It is therefore not as stiff as necessary for the gyroscope required to operate in a severe vibration environment.

【0023】発明者は、変化する材料組成からなるいく
つかの“充填剤”をシリコンに加えて、振動誘導バイア
スに関する材料性能を増強することができることを見出
した。したがって、前記充填剤の添加は、ガラス遷移温
度が限度を越えた時にシリコン材料“だけ”の比較的低
いヤング率にもかかわらす望ましい振動抵抗を得ること
を可能にする。要するに、充填剤の添加は、シリコンの
固さを弾性のある領域に増加させてジャイロ振動感度を
望ましいレベルに減少させる。優秀なバイアス特性を有
するポット状センサコイルを作る充填剤のなかにはカー
ボンブラックがある。この材料は、引っ張り強度及びヤ
ング率が増加するようにゴムと化学的に反応することが
知られている。したがって、カーボンブラックはゴムの
補強充填剤として知られている。発明者は、カーボンブ
ラックの補強特性は上述の種々の問題に適用できること
を見出した。また、カーボンブラックは、シリコン組成
の凝集強度を増加させ、その結果、カーボンブラック充
填剤を含むシリコンでポット化されたコイルは、熱的に
引き起こされる亀裂及び凝集低下による葉裂に一層耐え
られる。種々の充填剤がシリコンだけに添加される場合
は、接着または接合強度の劣化の可能性について留意し
なければならない。75℃以上でのファイバの“焼成”
はファイバとポット化材料の接合強度を向上させる。発
明者により含まれていないシリコンポット化材料のため
の他の満足な充填剤は、ガラス粒子、水晶、シリコン炭
化物、黒鉛及びアルミナ(アルミニウム酸化物)粉末を
含む。
The inventor has discovered that some "fillers" of varying material composition can be added to silicon to enhance material performance with respect to vibration-induced bias. Therefore, the addition of said filler makes it possible to obtain the desired vibration resistance despite the relatively low Young's modulus of the silicon material "only" when the glass transition temperature is exceeded. In summary, the addition of filler increases the hardness of the silicone to the elastic region and reduces the gyro vibration sensitivity to the desired level. Among the fillers that make pot-shaped sensor coils with excellent bias properties is carbon black. This material is known to chemically react with rubber to increase tensile strength and Young's modulus. Therefore, carbon black is known as a reinforcing filler for rubber. The inventor has found that the reinforcing properties of carbon black are applicable to the various problems mentioned above. Carbon black also increases the cohesive strength of the silicon composition so that silicon potted coils containing carbon black fillers are more resistant to thermally induced cracking and leaf clefts due to reduced cohesion. If various fillers are added to the silicon only, care must be taken with respect to possible degradation of adhesion or bond strength. Fiber "firing" above 75 ° C
Improves the bonding strength between the fiber and the potting material. Other satisfactory fillers for silicon potting materials not included by the inventor include glass particles, quartz, silicon carbide, graphite and alumina (aluminum oxide) powder.

【0024】図6Aは、商標“Mastersyl 1
51”で市販されているニュージャージー州、ハッケン
サック(Hackensack)のマスターボンド社(Master Bond,
Inc.) のシリコン組成に関する温度対ヤング率のグラフ
である。図6Bは、カーボンブラックが充填された同じ
シリコン材料の温度対ヤング率のグラフである。用いら
れたカーボンブラック充填剤は、カナダ国、アルバータ
(Alberta) 州、メディスン ハット(Medicine Hat)のキ
ャンカーブ社(Cancarb Limited) により市販されている
THERMAX Medium Thermal Black N-991であった。図6A
に見られるように、温度がガラス遷移温度以上の約37
0p.s.i.まで増加するにつれて、シリコン材料の
ガラス遷移は、材料の固さが有害に減少する−66℃あ
たりの中心を置いている。この作用は、ガラス遷移領域
がさらにうまくジャイロ動作範囲以下の−72℃に中心
を置く図6Bのカーボンブラックが充填されたシリコン
材料と対比されるべきである。材料のヤング率がだんだ
ん減少しているのが見られるのは、充填剤がガラス遷移
温度以上に加熱されるため生じるのである。充填剤を欠
いたシリコン材料と対比すると、図6Bのサンプルは、
弾性のある領域内の約1,500p.s.i.の値のと
ころで安定なヤング率に近づいている。このように、実
験データは、シリコン材料をそのガラス遷移温度以上に
加熱された時に固めるものとして、特定の充填剤すなわ
ちカーボンブラックの有効性を立証している。
FIG. 6A shows the trademark "Mastersyl 1".
Commercially available at 51 "Master Bond, Hackensack, NJ
3 is a graph of Young's modulus vs. temperature for silicon composition of Inc.). FIG. 6B is a graph of Young's modulus versus temperature for the same silicon material filled with carbon black. The carbon black filler used was Alberta, Canada.
Marketed by Cancarb Limited of Medicine Hat, Alberta
It was THERMAX Medium Thermal Black N-991. Figure 6A
As can be seen in Fig.
0p. s. i. The glass transition of silicon materials is centered around −66 ° C., where the hardness of the material is detrimentally reduced as it increases. This effect should be contrasted with the carbon black filled silicon material of FIG. 6B where the glass transition region is better centered at -72 ° C. below the gyro operating range. It can be seen that the Young's modulus of the material gradually decreases because the filler is heated above the glass transition temperature. In contrast to the silicone material lacking filler, the sample of Figure 6B
About 1,500 p.s. s. i. The value of is approaching the stable Young's modulus. Thus, experimental data demonstrate the effectiveness of a particular filler, carbon black, as it hardens a silicon material when heated above its glass transition temperature.

【0025】発明者は、観測されたシリコン及びシリコ
ン充填ポット化材料の望ましい特性をジャイロセンサコ
イルの製作に適用し、向上した性能に関して顕著な結果
を実現した。図7は、図6Bのカーボンブラックで固め
られたシリコン組成でポット化されたセンサコイルを含
むジャイロに関する、温度の関数としてのバイアスエラ
ーのグラフである。バイアスデータは、コーニング社製
の200メートルの165ミクロン光ファイバで形成さ
れた40層巻線センサコイルから得られた。図3及び4
のグラフにプロットされたデータの場合のように、図7
のデータは、ジャイロ出力及び温度の直線的関係と温度
率依存度との両方に関して補正されている。残っている
残留バイアスは、センサコイルの温度が−50℃と95
℃の間を循環するにつれて時間あたり0.19度の標準
偏差を持ち、無視できるものとなることが見られる。図
7のデータにはバイアススパイクやバイアスクロッシン
グが存在していない。図7のデータと図3及び4のデー
タを対比すると、劇的であり、ポリマーでセンサコイル
をポット化することに関連した問題の性質に関して発明
者の洞察力と仮説が立証される。
The inventor has applied the observed desirable properties of silicon and silicon-filled potting material to the fabrication of gyro sensor coils and has achieved remarkable results with regard to improved performance. FIG. 7 is a graph of bias error as a function of temperature for a gyro that includes a sensor coil potted with the carbon black hardened silicon composition of FIG. 6B. Bias data was obtained from a 40-layer wound sensor coil made of Corning's 200 meter 165 micron optical fiber. 3 and 4
As in the case of the data plotted in the graph of Figure 7,
Data have been corrected for both gyro output and temperature linear relationships and temperature rate dependence. The remaining residual bias is due to sensor coil temperatures of -50 ° C and 95 ° C.
It can be seen that as it cycles between ° C it has a standard deviation of 0.19 degrees per hour, which is negligible. Bias spikes and bias crossings are not present in the data of FIG. A comparison of the data of FIG. 7 with the data of FIGS. 3 and 4 is dramatic and substantiates the inventor's insights and hypotheses regarding the nature of the problems associated with potting sensor coils with polymers.

【0026】図8は、カーボンブラックが充填されたシ
リコンでポット化されたコイルに関する、振動周波数対
正弦波振動によるACバイアスのグラフである。このバ
イアスデータは、同様に、コーニング社製の200メー
トルの165ミクロン光ファイバで形成された40層巻
線コイルから得られた。このグラフが示しているよう
に、ACバイアス出力はこの測定量において実質的に無
視できるものである。加速度レベルは1gに一定に保た
れた。このように、本発明の教示は、動的熱及び振動環
境に起因するバイアス感度の最小化に関して実質的に改
善されたセンサコイルを提供することがわかる。本発明
の教示を用いることにより、従来技術では以前認識もし
くは取組みがなされていなかった環境的原因のバイアス
エラーに実質的にさらされないジャイロ性能を得ること
ができる。本発明は目下好適な実施零に関して説明され
たが、それに限らない。むしろ、本発明は、付随の特許
請求の範囲により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含む。
FIG. 8 is a graph of vibration frequency versus AC bias due to sinusoidal vibration for a carbon black filled silicon potted coil. This bias data was also obtained from a 40-layer wound coil formed of 200 meter 165 micron optical fiber from Corning. As this graph shows, the AC bias output is virtually negligible at this measurand. The acceleration level was kept constant at 1 g. Thus, it can be seen that the teachings of the present invention provide a substantially improved sensor coil with respect to minimizing bias sensitivity due to dynamic thermal and vibrational environments. Using the teachings of the present invention, it is possible to obtain gyro performance that is substantially free of environmentally-induced bias errors that were not previously recognized or addressed in the prior art. Although the present invention has been described with respect to the presently preferred embodiment, it is not so limited. Rather, the invention is limited only insofar as defined by the appended claims and includes all equivalents thereto.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による光ファイバジャイロスコープ用セ
ンサコイルの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a sensor coil for an optical fiber gyroscope according to the present invention.

【図2】本発明によるセンサコイルの層にされた巻線の
代表的な部分の拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an exemplary portion of a layered winding of a sensor coil according to the present invention.

【図3】NORLAND 65というUV硬化アクリル
樹脂接着剤でポット化されたセンサコイルを含むジャイ
ロに関する、温度の関数としてのバイアスを示すグラフ
の図である。
FIG. 3 is a graph showing bias as a function of temperature for a gyro that includes a sensor coil potted with a NORCAND 65 UV cured acrylic adhesive.

【図4】NORLAND 65というUV硬化アクリル
樹脂接着剤でポット化されたセンサコイルを含むジャイ
ロに関する、温度の関数としてのバイアスを示すグラフ
の図である。
FIG. 4 is a graphical representation of bias as a function of temperature for a gyro that includes a sensor coil potted with a NORLAND 65 UV curable acrylic adhesive.

【図5】温度の関数としての、硬化されたNORLAN
D 65というアクリル樹脂接着剤のヤング率のグラフ
の図である。
FIG. 5: Cured NORLAN as a function of temperature
It is a figure of a Young's modulus graph of an acrylic resin adhesive called D65.

【図6A】温度の関数としての、カーボンブラック充填
剤を含まない場合のシリコン組成のヤング率のグラフ図
である。
FIG. 6A is a graphical representation of the Young's modulus of a silicon composition without carbon black filler as a function of temperature.

【図6B】温度の関数としての、カーボンブラック充填
剤を含む場合のシリコン組成のヤング率のグラフ図であ
る。
FIG. 6B is a graphical representation of Young's modulus of silicon composition with carbon black filler as a function of temperature.

【図7】カーボンブラック充填剤を含むシリコン組成で
ポット化されたセンサコイルを含むジャイロに関する、
温度の関数としてのバイアスエラーのグラフの図であ
る。
FIG. 7 relates to a gyro including a sensor coil potted with a silicon composition containing carbon black filler,
FIG. 5 is a graph of bias error as a function of temperature.

【図8】カーボンブラックが充填されたシリコンでポッ
ト化されたコイルに関する、振動周波数対振動によるA
Cバイアスのグラフの図である。
FIG. 8: A by vibration frequency vs. vibration for a carbon pot filled silicon potted coil.
It is a figure of the graph of C bias.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

光ファイバ 12 支持スプール 14 接着剤 16 Optical fiber 12 Support spool 14 Adhesive 16

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレン エム.スラビアン アメリカ合衆国,91304 カリフォルニア, ウエスト ヒルズ,ジョナサン ストリー ト 23106 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Glenn M. Slavian United States, 91304 California, West Hills, Jonathan Street 23106

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光ファイバジャイロスコープ用センサコ
イルであって、 a)光ファイバと、 b)前記ファイバは複数の同心的な円筒形の層に整えら
れ、 c)前記各層は前記ファイバの複数のターンからなり、 d)前記各ターンは予め決められた巻線パターンに整え
られ、 e)前記各ターンは、ガラス遷移温度が前記ジャイロス
コープの動作範囲外にあるポット化材料でカプセル化さ
れることを特徴とするセンサコイル。
1. A sensor coil for a fiber optic gyroscope, comprising: a) an optical fiber; b) the fiber being arranged in a plurality of concentric cylindrical layers; and c) each layer being a plurality of layers of the fiber. D) each turn is arranged in a predetermined winding pattern, and e) each turn is encapsulated with a potting material whose glass transition temperature is outside the operating range of the gyroscope. A sensor coil characterized by.
【請求項2】 請求項1記載のセンサコイルにおいて、
さらに、前記ポット化材料はシリコンを含むことを特徴
とするセンサコイル。
2. The sensor coil according to claim 1, wherein
Furthermore, the potting material contains silicon, The sensor coil characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 請求項2記載のセンサコイルにおいて、
さらに、前記ポット化材料は、予め決められた組成の充
填剤を含むことを特徴とするセンサコイル。
3. The sensor coil according to claim 2, wherein
Furthermore, the said potting material contains the filler of a predetermined composition, The sensor coil characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 請求項3記載のセンサコイルにおいて、
前記充填剤はカーボンブラックであるセンサコイル。
4. The sensor coil according to claim 3,
The sensor coil in which the filler is carbon black.
【請求項5】 請求項3記載のセンサコイルにおいて、
前記充填剤はガラス粒子からなるセンサコイル。
5. The sensor coil according to claim 3,
The filler is a sensor coil made of glass particles.
【請求項6】 請求項3記載のセンサコイルにおいて、
前記充填剤はシリコン炭化物からなるセンサコイル。
6. The sensor coil according to claim 3,
The filler is a sensor coil made of silicon carbide.
【請求項7】 請求項3記載のセンサコイルにおいて、
前記充填剤は黒鉛からなるセンサコイル。
7. The sensor coil according to claim 3,
The filler is a sensor coil made of graphite.
【請求項8】 請求項3記載のセンサコイルにおいて、
前記充填剤はアルミニウム酸化物の粉体からなるセンサ
コイル。
8. The sensor coil according to claim 3,
The filler is a sensor coil made of aluminum oxide powder.
JP6151836A 1994-07-04 1994-07-04 Pot-shaped optical fiber gyro sensor coil Expired - Lifetime JP2708370B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2860493B1 (en) 2012-06-12 2018-04-25 Tokyo Keiki Inc. Sensing coil for fiber optic gyroscopes and manufacturing method for same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0216018U (en) * 1988-07-19 1990-02-01
JPH04107508A (en) * 1990-08-29 1992-04-09 Fujikura Ltd Optical waveguide loop and its manufacture
JPH05112769A (en) * 1991-03-14 1993-05-07 General Electric Co <Ge> Addition-curable silicone adhesive composition
JPH05273415A (en) * 1992-03-27 1993-10-22 Hitachi Cable Ltd Method for fixing optical fiber
JPH0612261A (en) * 1992-06-25 1994-01-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Interruption control circuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0216018U (en) * 1988-07-19 1990-02-01
JPH04107508A (en) * 1990-08-29 1992-04-09 Fujikura Ltd Optical waveguide loop and its manufacture
JPH05112769A (en) * 1991-03-14 1993-05-07 General Electric Co <Ge> Addition-curable silicone adhesive composition
JPH05273415A (en) * 1992-03-27 1993-10-22 Hitachi Cable Ltd Method for fixing optical fiber
JPH0612261A (en) * 1992-06-25 1994-01-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Interruption control circuit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7580432B2 (en) 1994-04-01 2009-08-25 Imra America, Inc. Scanning temporal ultrafast delay methods and apparatuses therefor
US8265105B2 (en) 1994-04-01 2012-09-11 Imra America, Inc. Scanning temporal ultrafast delay and methods and apparatuses therefor
US8630321B2 (en) 1994-04-01 2014-01-14 Imra America, Inc. Scanning temporal ultrafast delay and methods and apparatuses therefor

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