JPH10253365A - 光ファイバジャイロコイル - Google Patents
光ファイバジャイロコイルInfo
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- JPH10253365A JPH10253365A JP9051601A JP5160197A JPH10253365A JP H10253365 A JPH10253365 A JP H10253365A JP 9051601 A JP9051601 A JP 9051601A JP 5160197 A JP5160197 A JP 5160197A JP H10253365 A JPH10253365 A JP H10253365A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- temperature
- jacket
- gyro coil
- fiber gyro
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- 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
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/105—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects
-
- 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
- G01C19/721—Details
-
- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度の安定性が高められた光ファイバジャイ
ロセンサコイルを提供する。 【解決手段】 この発明はＴ１とＴ２との間の温度で用
いるための、温度の安定性が高められた光ファイバジャ
イロセンサコイルであって、Ｔ１は−３０℃よりも低
く、かつＴ２は６０℃よりも高い。コイルは１つまたは
それ以上のジャケットを有する光ファイバで巻かれる。
１つまたはそれ以上のジャケットは、Ｔ１からＴ２まで
の温度範囲外のガラス遷移領域を有する材料で作られ
る。
ロセンサコイルを提供する。 【解決手段】 この発明はＴ１とＴ２との間の温度で用
いるための、温度の安定性が高められた光ファイバジャ
イロセンサコイルであって、Ｔ１は−３０℃よりも低
く、かつＴ２は６０℃よりも高い。コイルは１つまたは
それ以上のジャケットを有する光ファイバで巻かれる。
１つまたはそれ以上のジャケットは、Ｔ１からＴ２まで
の温度範囲外のガラス遷移領域を有する材料で作られ
る。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は一般に光ファイバジャイロに
関し、より特定的には光ファイバジャイロセンサコイル
と、それらのコイルが巻かれる光ファイバとに関する。
関し、より特定的には光ファイバジャイロセンサコイル
と、それらのコイルが巻かれる光ファイバとに関する。
【０００２】光ファイバジャイロは、光ファイバで巻か
れたコイルを通って反対の方向に伝搬する光波の位相差
を測定することによって回転を感知する。回転方向にコ
イルを通って伝搬する光波は、回転方向とは反対の方向
にコイルを通って伝搬する光波よりも遅い。対向して伝
搬する光波の位相差として測定されるこの時間差は、コ
イルの角速度に比例する。
れたコイルを通って反対の方向に伝搬する光波の位相差
を測定することによって回転を感知する。回転方向にコ
イルを通って伝搬する光波は、回転方向とは反対の方向
にコイルを通って伝搬する光波よりも遅い。対向して伝
搬する光波の位相差として測定されるこの時間差は、コ
イルの角速度に比例する。
【０００３】光ファイバジャイロセンサコイルの中を対
向して伝搬する光波の位相差はコイルの角速度だけでな
く、環境的パラメータの変化によってもたらされるコイ
ルの物理的特性の変化によっても影響を受け、温度は最
も重要である。コイルの温度が変化すると光ファイバの
屈折率および物理的寸法が変わるため、光波がコイルを
通って伝搬するのにかかる時間は直接影響を受ける。
向して伝搬する光波の位相差はコイルの角速度だけでな
く、環境的パラメータの変化によってもたらされるコイ
ルの物理的特性の変化によっても影響を受け、温度は最
も重要である。コイルの温度が変化すると光ファイバの
屈折率および物理的寸法が変わるため、光波がコイルを
通って伝搬するのにかかる時間は直接影響を受ける。
【０００４】もし温度の変化率が十分に低くて、コイル
の温度がその容積にわたって実質的に同じであるなら
ば、対向して伝搬する波の伝搬時間の変化は実質的に同
じとなり、測定される位相差は温度の変化率には実質的
に依存しないだろう。しかし光ファイバジャイロが遭遇
する温度の変化率では、対向して伝搬する波は所与の時
間において、異なった温度を経験し、温度による影響を
完全に除去することはできない。このため光ファイバジ
ャイロによって測定される位相差はバイアスを含み、コ
イルの回転に帰する位相差を得るためには測定された位
相差からこのバイアスを減じる必要がある。
の温度がその容積にわたって実質的に同じであるなら
ば、対向して伝搬する波の伝搬時間の変化は実質的に同
じとなり、測定される位相差は温度の変化率には実質的
に依存しないだろう。しかし光ファイバジャイロが遭遇
する温度の変化率では、対向して伝搬する波は所与の時
間において、異なった温度を経験し、温度による影響を
完全に除去することはできない。このため光ファイバジ
ャイロによって測定される位相差はバイアスを含み、コ
イルの回転に帰する位相差を得るためには測定された位
相差からこのバイアスを減じる必要がある。
【０００５】熱的に誘起された非相反性と関係する温度
の関数（「モデリング機能」）を用いると、高精度の用
途のためのコイルのバイアスを正確にモデル化すること
ができる。１９８０年のApplied Physics の１９巻、６
５４頁に記載されるＤ．Ｍシュープ（Shupe ）の「光フ
ァイバ干渉計における、熱的に誘起された非相反性」
（“Thermally Induced Non-Reciprocity in the Fiber
Optic Interferometer ”）を参照。さらにＡ．コルド
バ他（A. Corbova et al. ）の米国特許第５，３７１，
５９３号の「低バイアスの光ファイバジャイロスコープ
のためのセンサコイル」（“Sensor Coil for Low-Bias
Fiber Optic Gyroscope”）をさらに参照。）これらの
ジャイロの精度をさらに改善するためには、モデリング
機能を規定する係数の温度依存性をなくするか、または
少なくとも実質的に低減することが非常に重要である。
の関数（「モデリング機能」）を用いると、高精度の用
途のためのコイルのバイアスを正確にモデル化すること
ができる。１９８０年のApplied Physics の１９巻、６
５４頁に記載されるＤ．Ｍシュープ（Shupe ）の「光フ
ァイバ干渉計における、熱的に誘起された非相反性」
（“Thermally Induced Non-Reciprocity in the Fiber
Optic Interferometer ”）を参照。さらにＡ．コルド
バ他（A. Corbova et al. ）の米国特許第５，３７１，
５９３号の「低バイアスの光ファイバジャイロスコープ
のためのセンサコイル」（“Sensor Coil for Low-Bias
Fiber Optic Gyroscope”）をさらに参照。）これらの
ジャイロの精度をさらに改善するためには、モデリング
機能を規定する係数の温度依存性をなくするか、または
少なくとも実質的に低減することが非常に重要である。
【０００６】
【発明の概要】この発明はＴ１とＴ２との間の温度で使
用するための、温度の安定性が高められた光ファイバジ
ャイロセンサコイルであり、Ｔ１は−３０℃よりも低
く、かつＴ２は６０℃よりも高い。コイルは１つまたは
それ以上のジャケットを有する光ファイバで巻かれる。
１つまたはそれ以上のジャケットは、Ｔ１からＴ２の温
度範囲外のガラス遷移領域を有する材料で作られる。
用するための、温度の安定性が高められた光ファイバジ
ャイロセンサコイルであり、Ｔ１は−３０℃よりも低
く、かつＴ２は６０℃よりも高い。コイルは１つまたは
それ以上のジャケットを有する光ファイバで巻かれる。
１つまたはそれ以上のジャケットは、Ｔ１からＴ２の温
度範囲外のガラス遷移領域を有する材料で作られる。
【０００７】
【好ましい実施例の説明】モデリング機能係数が温度に
強く依存することの１つの理由は、コイル中の光ファイ
バのジャケットの物理的特性が温度によって大きく変化
することである。図１は、光ファイバジャイロセンサコ
イルを巻くのに用いられる典型的な光ファイバ１の断面
を示す。光ファイバ１は光学コアおよびクラッティング
３と、内側ジャケット５と外側ジャケット７とを有す
る。典型的な内側ジャケット材料はシリコーンであり、
典型的な外側ジャケット材料はアクリルである。コアお
よびクラッティングは典型的にはガラスで作られる。発
明の代替的な実施例には、単一ジャケットを有する光フ
ァイバが用いられてもよい。ファイバは（複屈折性の低
い）「単一モード」または「偏光を維持するもの」であ
ってもよい。
強く依存することの１つの理由は、コイル中の光ファイ
バのジャケットの物理的特性が温度によって大きく変化
することである。図１は、光ファイバジャイロセンサコ
イルを巻くのに用いられる典型的な光ファイバ１の断面
を示す。光ファイバ１は光学コアおよびクラッティング
３と、内側ジャケット５と外側ジャケット７とを有す
る。典型的な内側ジャケット材料はシリコーンであり、
典型的な外側ジャケット材料はアクリルである。コアお
よびクラッティングは典型的にはガラスで作られる。発
明の代替的な実施例には、単一ジャケットを有する光フ
ァイバが用いられてもよい。ファイバは（複屈折性の低
い）「単一モード」または「偏光を維持するもの」であ
ってもよい。
【０００８】理論上の計算によると、従来のジャケット
を有する光ファイバで巻かれたコイルのモデリング機能
係数は温度範囲の各端部において急激に変化すると予想
される。これは低温において内側シリコーンジャケット
材料の弾性率が大きく変化し、かつ高温において外側ア
クリルジャケット材料の弾性率が大きく変化することに
よる。
を有する光ファイバで巻かれたコイルのモデリング機能
係数は温度範囲の各端部において急激に変化すると予想
される。これは低温において内側シリコーンジャケット
材料の弾性率が大きく変化し、かつ高温において外側ア
クリルジャケット材料の弾性率が大きく変化することに
よる。
【０００９】従来のジャケットを備えたファイバの内側
シリコーンジャケット材料の、温度の関数としての弾性
率が図２に示される。弾性率は約−３０℃より上の温度
ではほぼ一定である。従来のジャケットを備えたファイ
バの外側アクリルジャケット材料の、温度の関数として
の弾性率は図３に示される。弾性率は約−１０℃までの
温度ではほぼ一定であり、その後約−１０℃から約６０
℃までの温度範囲にわたっては非常に低い値まで下が
る。図２および図３に示される弾性率のグラフは線形の
垂直なメモリを有する。もしグラフが対数目盛を有する
ならば、それらはおよそ２桁にもなり得る、弾性率の急
降下をはっきりと示すこととなる。
シリコーンジャケット材料の、温度の関数としての弾性
率が図２に示される。弾性率は約−３０℃より上の温度
ではほぼ一定である。従来のジャケットを備えたファイ
バの外側アクリルジャケット材料の、温度の関数として
の弾性率は図３に示される。弾性率は約−１０℃までの
温度ではほぼ一定であり、その後約−１０℃から約６０
℃までの温度範囲にわたっては非常に低い値まで下が
る。図２および図３に示される弾性率のグラフは線形の
垂直なメモリを有する。もしグラフが対数目盛を有する
ならば、それらはおよそ２桁にもなり得る、弾性率の急
降下をはっきりと示すこととなる。
【００１０】３つのコイル形態に対する、重要なモデリ
ング機能係数が温度の関数として図４に示される。
ング機能係数が温度の関数として図４に示される。
【００１１】弾性率の曲線とモデリング機能係数の曲線
とを比較すると、内側ジャケットおよび外側ジャケット
の弾性率の変化と、従来のジャケットを有する光ファイ
バで巻かれたコイルの、重要なモデリング機能係数の変
化との関係がわかる。低温における重要なモデリング機
能係数の実質的な変化は、（図２の）内側ジャケット材
料の弾性率の急激な変化に対応する。高温における重要
なモデリング機能係数の、緩やかな変化は（図３の）外
側ジャケット材料の弾性率の、緩やかな変化に対応す
る。
とを比較すると、内側ジャケットおよび外側ジャケット
の弾性率の変化と、従来のジャケットを有する光ファイ
バで巻かれたコイルの、重要なモデリング機能係数の変
化との関係がわかる。低温における重要なモデリング機
能係数の実質的な変化は、（図２の）内側ジャケット材
料の弾性率の急激な変化に対応する。高温における重要
なモデリング機能係数の、緩やかな変化は（図３の）外
側ジャケット材料の弾性率の、緩やかな変化に対応す
る。
【００１２】ジャケット材料の弾性率が高値から低値ま
で変化する温度範囲は「ガラス遷移領域」と呼ばれる。
この温度範囲の中央値は「ガラス遷移温度」と呼ばれ
る。ガラス遷移領域より低い温度ではジャケット材料は
硬いか、または「ガラス状」である。ガラス遷移領域よ
り高い温度では、ジャケット材料は柔らかいかまたは
「ゴム状」である。ガラス遷移領域の下端は、弾性率
が、高いガラス状態の値の３分の１である温度に規定さ
れる。ガラス遷移領域の上端は、弾性率が、低いゴム状
態の値の３倍である温度に規定される。ジャケット材料
はいくつかのガラス遷移領域を有し得る。
で変化する温度範囲は「ガラス遷移領域」と呼ばれる。
この温度範囲の中央値は「ガラス遷移温度」と呼ばれ
る。ガラス遷移領域より低い温度ではジャケット材料は
硬いか、または「ガラス状」である。ガラス遷移領域よ
り高い温度では、ジャケット材料は柔らかいかまたは
「ゴム状」である。ガラス遷移領域の下端は、弾性率
が、高いガラス状態の値の３分の１である温度に規定さ
れる。ガラス遷移領域の上端は、弾性率が、低いゴム状
態の値の３倍である温度に規定される。ジャケット材料
はいくつかのガラス遷移領域を有し得る。
【００１３】理想的には、すべてのジャケット材料の弾
性率はジャイロの動作温度範囲にわたっておよそ一定と
なるべきである。したがってすべてのジャケット材料の
ガラス遷移領域は動作温度範囲の外にあるべきである。
ジャケット材料に適し、かつジャイロの動作範囲より上
および下の両方にガラス遷移領域を有する材料は技術分
野において周知である。
性率はジャイロの動作温度範囲にわたっておよそ一定と
なるべきである。したがってすべてのジャケット材料の
ガラス遷移領域は動作温度範囲の外にあるべきである。
ジャケット材料に適し、かつジャイロの動作範囲より上
および下の両方にガラス遷移領域を有する材料は技術分
野において周知である。
【図１】光ファイバジャイロのためのセンサコイルを巻
くのに用いられる光ファイバの断面を示す図である。
くのに用いられる光ファイバの断面を示す図である。
【図２】内側ジャケットおよび外側ジャケットを有する
ジャケット付光ファイバの内側ジャケット材料として用
いられる典型的なシリコーンの弾性率を温度の関数とし
て示す図である。
ジャケット付光ファイバの内側ジャケット材料として用
いられる典型的なシリコーンの弾性率を温度の関数とし
て示す図である。
【図３】内側ジャケットおよび外側ジャケットを有する
ジャケット付光ファイバの外側ジャケット材料として用
いられる典型的なアクリルの弾性率を温度の関数として
示す図である。
ジャケット付光ファイバの外側ジャケット材料として用
いられる典型的なアクリルの弾性率を温度の関数として
示す図である。
【図４】３つの異なったコイル形態の、重要なモデリン
グ機能係数を温度の関数として示す図である。
グ機能係数を温度の関数として示す図である。
１ 光ファイバ ５ 内側ジャケット ７ 外側ジャケット
Claims (12)
- 【請求項１】 Ｔ１とＴ２との間の温度で用いるための
光ファイバジャイロコイルであって、Ｔ１は−３０℃よ
りも低く、かつＴ２は６０℃よりも高く、前記コイルは
１つまたはそれ以上のジャケットを有する単一モードま
たは単一モード偏光維持光ファイバで巻かれ、前記１つ
またはそれ以上のジャケットはＴ１からＴ２までの温度
範囲外のガラス遷移領域を備えた材料から作られる、光
ファイバジャイロコイル。 - 【請求項２】 Ｔ２が７０℃よりも高い、請求項１に記
載の光ファイバジャイロコイル。 - 【請求項３】 Ｔ２が９０℃よりも高い、請求項１に記
載の光ファイバジャイロコイル。 - 【請求項４】 Ｔ２が１００℃よりも高い、請求項１に
記載の光ファイバジャイロコイル。 - 【請求項５】 Ｔ１が−４５℃よりも低い、請求項１に
記載の光ファイバジャイロコイル。 - 【請求項６】 Ｔ１が−４５℃よりも低く、かつＴ２が
７０℃よりも高い、請求項１に記載の光ファイバジャイ
ロコイル。 - 【請求項７】 Ｔ１が−４５℃よりも低く、かつＴ２が
９０℃よりも高い、請求項１に記載の光ファイバジャイ
ロコイル。 - 【請求項８】 Ｔ１が−４５℃よりも低く、かつＴ２が
１００℃よりも高い、請求項１に記載の光ファイバジャ
イロコイル。 - 【請求項９】 Ｔ１が−５５℃よりも低い、請求項１に
記載の光ファイバジャイロコイル。 - 【請求項１０】 Ｔ１が−５５℃よりも低く、かつＴ２
が７０℃よりも高い、請求項１に記載の光ファイバジャ
イロコイル。 - 【請求項１１】 Ｔ１が−５５℃よりも低く、かつＴ２
が９０℃よりも高い、請求項１に記載の光ファイバジャ
イロコイル。 - 【請求項１２】 Ｔ１が−５５℃よりも低く、かつＴ２
が１００℃よりも高い、請求項１に記載の光ファイバジ
ャイロコイル。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/577,432 US5668908A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Fiber optic gyro sensor coil with improved temperature stability |
| EP97102810A EP0860686B1 (en) | 1995-12-22 | 1997-02-20 | Fiber optic gyro sensor coil with improved temperature stability |
| CA002198421A CA2198421A1 (en) | 1995-12-22 | 1997-02-25 | Fiber optic gyro sensor coil with improved temperature stability |
| JP9051601A JPH10253365A (ja) | 1995-12-22 | 1997-03-06 | 光ファイバジャイロコイル |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/577,432 US5668908A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Fiber optic gyro sensor coil with improved temperature stability |
| EP97102810A EP0860686B1 (en) | 1995-12-22 | 1997-02-20 | Fiber optic gyro sensor coil with improved temperature stability |
| CA002198421A CA2198421A1 (en) | 1995-12-22 | 1997-02-25 | Fiber optic gyro sensor coil with improved temperature stability |
| JP9051601A JPH10253365A (ja) | 1995-12-22 | 1997-03-06 | 光ファイバジャイロコイル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10253365A true JPH10253365A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=27427330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9051601A Pending JPH10253365A (ja) | 1995-12-22 | 1997-03-06 | 光ファイバジャイロコイル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5668908A (ja) |
| EP (1) | EP0860686B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10253365A (ja) |
| CA (1) | CA2198421A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1010378A (ja) * | 1996-06-25 | 1998-01-16 | Toshiba Corp | 光ファイバー心線、光ファイバーコイル及び光ファイバー心線の製造方法 |
| US5870194A (en) * | 1997-08-01 | 1999-02-09 | Litton Systems, Inc. | Gyro sensor coil with filled optical fiber |
| US6734404B2 (en) | 2002-03-21 | 2004-05-11 | The Boeing Company | Heating elements with reduced stray magnetic field emissions |
| US7726876B2 (en) | 2007-03-14 | 2010-06-01 | Entegris, Inc. | System and method for non-intrusive thermal monitor |
| WO2021128213A1 (zh) * | 2019-12-26 | 2021-07-01 | 中天科技光纤有限公司 | 光纤及其成型方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4426889A (en) * | 1978-08-08 | 1984-01-24 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Molded inertial sensor |
| GB2162937B (en) * | 1983-08-13 | 1988-06-29 | British Aerospace | Fibre optic gyroscopes |
| US4724316A (en) * | 1985-07-12 | 1988-02-09 | Eldec Corporation | Temperature independent fiber optic sensor |
| US5371593A (en) * | 1992-08-31 | 1994-12-06 | Litton Systems, Inc. | Sensor coil for low bias fiber optic gyroscope |
| US5546482A (en) * | 1993-04-19 | 1996-08-13 | Litton Systems, Inc. | Potted fiber optic gyro sensor coil for stringent vibration and thermal enviroments |
| US5444534A (en) * | 1993-12-27 | 1995-08-22 | Andrew Corporation | Coil mounting arrangement for fiber optic gyroscope |
| US5481358A (en) * | 1993-12-27 | 1996-01-02 | Andrew Corporation | Coil mounting arrangement for fiber optic gyroscope using a gel loaded with particles |
| US5552887A (en) * | 1995-04-07 | 1996-09-03 | Andrew Corporation | Fiber optic rotation sensor or gyroscope with improved sensing coil |
-
1995
- 1995-12-22 US US08/577,432 patent/US5668908A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-02-20 EP EP97102810A patent/EP0860686B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-02-25 CA CA002198421A patent/CA2198421A1/en not_active Abandoned
- 1997-03-06 JP JP9051601A patent/JPH10253365A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0860686B1 (en) | 2003-05-02 |
| EP0860686A1 (en) | 1998-08-26 |
| CA2198421A1 (en) | 1998-08-25 |
| US5668908A (en) | 1997-09-16 |
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