JPH1164006A - コイル幾何学パラメータの制御による光フアイバジヤイロスコープの振動および温度勾配感度の低減方法 - Google Patents
コイル幾何学パラメータの制御による光フアイバジヤイロスコープの振動および温度勾配感度の低減方法Info
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- JPH1164006A JPH1164006A JP10151859A JP15185998A JPH1164006A JP H1164006 A JPH1164006 A JP H1164006A JP 10151859 A JP10151859 A JP 10151859A JP 15185998 A JP15185998 A JP 15185998A JP H1164006 A JPH1164006 A JP H1164006A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光フアイバジヤイロスコープのセン
サに使用される感知コイルのバイアス振動およびバイア
ス温度勾配感知を低減する。 【解決手段】 感知コイルのポテイング処理長、接
着層の厚さ、層当たりの巻きの数、層の数および巻きの
終端部形態を含むコイルの幾何学的フアクタを制御しつ
ゝ調整する。またコイル設計での幾何学的フアクタを調
整して実質残留シユペバイアスの無視できるコイルを得
る。
サに使用される感知コイルのバイアス振動およびバイア
ス温度勾配感知を低減する。 【解決手段】 感知コイルのポテイング処理長、接
着層の厚さ、層当たりの巻きの数、層の数および巻きの
終端部形態を含むコイルの幾何学的フアクタを制御しつ
ゝ調整する。またコイル設計での幾何学的フアクタを調
整して実質残留シユペバイアスの無視できるコイルを得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光フアイバ回転セン
サ、特に振動および熱による非相反性の影響を低減する
ためにセンサに使用される感知コイルの製造構成に関す
る。
サ、特に振動および熱による非相反性の影響を低減する
ためにセンサに使用される感知コイルの製造構成に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光フアイバ回転センサは、光フアイバ回
転センサのコイルでのサニヤツク効果を利用してコイル
の平面に対し垂直な感知軸を中心とする回転を検出す
る。感知コイル内の逆伝搬光波は回転速度に関連した位
相シフトを受ける。この位相シフトは光波が合成される
ときにその合成光波により形成される干渉パターンの変
化と考えられる。この干渉パターンは同一の偏光の２光
波が光フアイバの感知コイルを互いに反対方向に移動す
るときに生じる。干渉パターンは光波を光り検出器に向
け干渉縞パターンの光の強さを示す電気信号を発生させ
て監視される。
転センサのコイルでのサニヤツク効果を利用してコイル
の平面に対し垂直な感知軸を中心とする回転を検出す
る。感知コイル内の逆伝搬光波は回転速度に関連した位
相シフトを受ける。この位相シフトは光波が合成される
ときにその合成光波により形成される干渉パターンの変
化と考えられる。この干渉パターンは同一の偏光の２光
波が光フアイバの感知コイルを互いに反対方向に移動す
るときに生じる。干渉パターンは光波を光り検出器に向
け干渉縞パターンの光の強さを示す電気信号を発生させ
て監視される。
【０００３】光フアイバ回転センサの理論的分析の結
果、このセンサは時間当たり０．０１度、あるいはこれ
より良好な値まで回転速度を測定できることが判明して
いる。この感度の範囲では、光フアイバ回転センサはレ
ーザジヤイロスコープおよび従来のスピン質量ジヤイロ
スコープと競合する航海級のジヤイロスコープとして使
用できよう。
果、このセンサは時間当たり０．０１度、あるいはこれ
より良好な値まで回転速度を測定できることが判明して
いる。この感度の範囲では、光フアイバ回転センサはレ
ーザジヤイロスコープおよび従来のスピン質量ジヤイロ
スコープと競合する航海級のジヤイロスコープとして使
用できよう。
【０００４】実験結果から感度を、光フアイバの感知コ
イルおよび光路の他の部分での非相反性バイアスエラー
によつて制限し得ることが判明している。この非相反性
バイアスエラーは、干渉計を用いて確実に単一モード複
屈折フアイバを単一偏光状態にすることにより大きく低
減できる。一方単一モードおよび単一偏光状態を利用す
る場合でも、光フアイバ回転センサの精度は光フアイバ
コイルの熱による非相反性により制限される。この熱に
よる非相反性はシユペ効果として知られており、シユペ
著の応用光学、巻１９（５），６５３４−６５５（１９
８０）、「光フアイバ干渉計の熱による非相反性」と題
した刊行物に開示されている。
イルおよび光路の他の部分での非相反性バイアスエラー
によつて制限し得ることが判明している。この非相反性
バイアスエラーは、干渉計を用いて確実に単一モード複
屈折フアイバを単一偏光状態にすることにより大きく低
減できる。一方単一モードおよび単一偏光状態を利用す
る場合でも、光フアイバ回転センサの精度は光フアイバ
コイルの熱による非相反性により制限される。この熱に
よる非相反性はシユペ効果として知られており、シユペ
著の応用光学、巻１９（５），６５３４−６５５（１９
８０）、「光フアイバ干渉計の熱による非相反性」と題
した刊行物に開示されている。
【０００５】熱による非相反性は光フアイバに沿つて、
時間（経過）に伴う温度勾配が発生したときに生じる。
非相反性は２個の反対方向に回転するビームの、対応す
る波面が異なる時間に光フアイバの同じ領域を横断する
ときに生じる。光フアイバの伝搬定数が光フアイバに沿
い異なる時間で変化すると、２個の逆回転するビームの
波面が僅かに異なる有効路を横断する。これに伴い回転
により引き起こされる位相シフトと区別できないような
比較的大きな非相反性の位相シフトが生じる。
時間（経過）に伴う温度勾配が発生したときに生じる。
非相反性は２個の反対方向に回転するビームの、対応す
る波面が異なる時間に光フアイバの同じ領域を横断する
ときに生じる。光フアイバの伝搬定数が光フアイバに沿
い異なる時間で変化すると、２個の逆回転するビームの
波面が僅かに異なる有効路を横断する。これに伴い回転
により引き起こされる位相シフトと区別できないような
比較的大きな非相反性の位相シフトが生じる。
【０００６】熱による非相反性によりジヤイロスコープ
の精度が制限されることを防止するために、角度エラー
は１時間の動作時間に対し０．００７８度以下にする必
要がある。この場合上記のシユペ理論によれば、温度変
化をΔＴ＜６．７×１０−３℃に制限する必要がある。
回転センサが受けることの多いウオームアツプあるいは
環境変化状態中は別として、比較的定常動作状態の下で
この変化量での温度均一性を維持することが極めて困難
になる。
の精度が制限されることを防止するために、角度エラー
は１時間の動作時間に対し０．００７８度以下にする必
要がある。この場合上記のシユペ理論によれば、温度変
化をΔＴ＜６．７×１０−３℃に制限する必要がある。
回転センサが受けることの多いウオームアツプあるいは
環境変化状態中は別として、比較的定常動作状態の下で
この変化量での温度均一性を維持することが極めて困難
になる。
【０００７】シユペ効果を抑制する一の方法として、低
い屈折率温度係数を有する金属から光フアイバを製造す
ることが挙げられる。また別の方法として、コイルの中
心から等距離に配置される光フアイバの部分を互いに離
間するように光フアイバコイルを巻回させる構成も採用
され得る。しかして一例として、周知な四重巻き構成が
挙げられよう。
い屈折率温度係数を有する金属から光フアイバを製造す
ることが挙げられる。また別の方法として、コイルの中
心から等距離に配置される光フアイバの部分を互いに離
間するように光フアイバコイルを巻回させる構成も採用
され得る。しかして一例として、周知な四重巻き構成が
挙げられよう。
【０００８】四重巻き構成は軸対称の不均衡を利用し
て、統合シユペバイアスを減少させるよう機能させ得る
が、同一の四重巻き内の異種の不均衡が不完全に残され
るため常に小さな残留バイアスを存在させることにな
る。
て、統合シユペバイアスを減少させるよう機能させ得る
が、同一の四重巻き内の異種の不均衡が不完全に残され
るため常に小さな残留バイアスを存在させることにな
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明による、ＦＯＧ
バイアス振動感度およびバイアス温度勾配感度、即ちシ
ユペ効果により引き起こされる非相反性バイアスエラー
を低減する方法においては、ポテイング処理されたコイ
ル長さ、接着層の厚さ、層当たりの巻き数、層数および
コイルの終端部ノ位置決め（例えば完全四重巻き、ダイ
アポール、不完全四重巻きあるいは不完全ダイアポー
ル）等のようなコイルの幾何学的フアクタを制御し調整
する構成が含まれる。
バイアス振動感度およびバイアス温度勾配感度、即ちシ
ユペ効果により引き起こされる非相反性バイアスエラー
を低減する方法においては、ポテイング処理されたコイ
ル長さ、接着層の厚さ、層当たりの巻き数、層数および
コイルの終端部ノ位置決め（例えば完全四重巻き、ダイ
アポール、不完全四重巻きあるいは不完全ダイアポー
ル）等のようなコイルの幾何学的フアクタを制御し調整
する構成が含まれる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】しかして本発明による光
フアイバのシユペ効果により引き起こされる非相反性バ
イアスエラーを低減する本発明による方法は、（ａ）
コイルの幾何学的フアクタの１組を定義する工程と、
（ｂ） 多数の幾何学的フアクタから１組を選択する工
程と、（ｃ） 選択され変更された幾何学的フアクタを
有する複数の光フアイバコイルを巻く工程と、（ｄ）
複数の光フアイバコイルの各々のシユペバイアスを測定
する工程と、（ｅ） 選択された幾何学的フアクタの最
適値および許容度を選択しシユペバイアスを最小にする
工程と、（ｆ） コイルの製造時に選択された許容度内
に、選択された幾何学的フアクタを制御する工程とを含
む構成をとり、上記の課題を克服する。
フアイバのシユペ効果により引き起こされる非相反性バ
イアスエラーを低減する本発明による方法は、（ａ）
コイルの幾何学的フアクタの１組を定義する工程と、
（ｂ） 多数の幾何学的フアクタから１組を選択する工
程と、（ｃ） 選択され変更された幾何学的フアクタを
有する複数の光フアイバコイルを巻く工程と、（ｄ）
複数の光フアイバコイルの各々のシユペバイアスを測定
する工程と、（ｅ） 選択された幾何学的フアクタの最
適値および許容度を選択しシユペバイアスを最小にする
工程と、（ｆ） コイルの製造時に選択された許容度内
に、選択された幾何学的フアクタを制御する工程とを含
む構成をとり、上記の課題を克服する。
【００１１】
【作用】上述のように構成された本発明によれば、特に
コイル幾何学的パラメータを効果的に制御して、振動お
よび熱による非相反性の影響を最小限に低減し得る。
コイル幾何学的パラメータを効果的に制御して、振動お
よび熱による非相反性の影響を最小限に低減し得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】シユペ効果の最重要な留意点は以
下の３点である。 １．特定コイルセグメントのシユペバイアスエラーに対
する寄与がこのセグメントのコイルの中点との距離によ
り倍増される。 ２．特定コイルセグメントのシユペバイアスエラーに対
する寄与が位相乱れの時間的微分関数であり、この位相
乱れが正弦波の如く生じるのであれば乱れの求積法に依
存する。 ３．中点から等距離離間されたコイルセグメント（整合
されたセグメント）に作用する位相乱れの大きさ、数値
が同じであれば、シユペバイアスエラーが無効にされ
る。
下の３点である。 １．特定コイルセグメントのシユペバイアスエラーに対
する寄与がこのセグメントのコイルの中点との距離によ
り倍増される。 ２．特定コイルセグメントのシユペバイアスエラーに対
する寄与が位相乱れの時間的微分関数であり、この位相
乱れが正弦波の如く生じるのであれば乱れの求積法に依
存する。 ３．中点から等距離離間されたコイルセグメント（整合
されたセグメント）に作用する位相乱れの大きさ、数値
が同じであれば、シユペバイアスエラーが無効にされ
る。
【００１３】シユペ効果の上記並びに他の留意点は以下
の数学パラメータを用いて説明される。 ε（ｓ，ｔ） 時間依存する位相乱れ関数 ε（ｒ，θ，ｚ，ｔ） 時間依存する位相乱れ関数 ｒ，θ，ｚ コイルの円筒座標値 ｓｊｏ コイル中点からｉ−番目光フアイバの巻き開始位置ま での距離 ｒｊ，Ｚｉ ｉ−番目光フアイバの巻きの半径および軸方向位置 ｓ，ｓ’ コイル中点に位置する原点を有したコイルに沿う座標 値で、ｓはＣＣＷ方向で増加し、ｓ’はＣＷ方向で増 加する ｌ コイルの一方端に位置する原点を有したコイルに沿う 座標値 τ コイルを通過する光走査時間 Ｌｃ コイルの長さ Ｔ 位相乱れの最短特性時間 Ｎ 光フアイバの感知コイルの巻き数 ｎ 屈折率 λ 波長（真空中での）
の数学パラメータを用いて説明される。 ε（ｓ，ｔ） 時間依存する位相乱れ関数 ε（ｒ，θ，ｚ，ｔ） 時間依存する位相乱れ関数 ｒ，θ，ｚ コイルの円筒座標値 ｓｊｏ コイル中点からｉ−番目光フアイバの巻き開始位置ま での距離 ｒｊ，Ｚｉ ｉ−番目光フアイバの巻きの半径および軸方向位置 ｓ，ｓ’ コイル中点に位置する原点を有したコイルに沿う座標 値で、ｓはＣＣＷ方向で増加し、ｓ’はＣＷ方向で増 加する ｌ コイルの一方端に位置する原点を有したコイルに沿う 座標値 τ コイルを通過する光走査時間 Ｌｃ コイルの長さ Ｔ 位相乱れの最短特性時間 Ｎ 光フアイバの感知コイルの巻き数 ｎ 屈折率 λ 波長（真空中での）
【００１４】時間依存の位相乱れが図１に略示される感
知コイル１０に作用しているものとする。位相乱れ関数
は長さｄｌ＝ｄｓの小さなコイルセグメントを横断する
とき、光を受ける単位長さ当たりの位相変化（２π／
λ）・（ｄ（ｎｓ）／ｄｓ）として定義される。位相変
化は光フアイバに作用する温度乱れあるいは圧力乱れに
起因する。
知コイル１０に作用しているものとする。位相乱れ関数
は長さｄｌ＝ｄｓの小さなコイルセグメントを横断する
とき、光を受ける単位長さ当たりの位相変化（２π／
λ）・（ｄ（ｎｓ）／ｄｓ）として定義される。位相変
化は光フアイバに作用する温度乱れあるいは圧力乱れに
起因する。
【００１５】コイルの特定セグメントからコイルの端部
へのＣＣＷ波およびＣＷ波の時間遅れはそれぞれτ
｛（１／２）−（ｓ／Ｌｃ）｝およびτ｛（１／２）＋
（ｓ／Ｌｃ）｝である。従つて、乱れによるＣＣＷ波お
よびＣＷ波の総合位相変化はすべてのコイルセグメント
の寄与を積分することにより得られる。
へのＣＣＷ波およびＣＷ波の時間遅れはそれぞれτ
｛（１／２）−（ｓ／Ｌｃ）｝およびτ｛（１／２）＋
（ｓ／Ｌｃ）｝である。従つて、乱れによるＣＣＷ波お
よびＣＷ波の総合位相変化はすべてのコイルセグメント
の寄与を積分することにより得られる。
【００１６】シュペバイアスエラーはＣＣＷ波とＣＷ波
との位相差により与えられ、式（２）を式（１）に代入
することにより下式（３）の如く得られる。
との位相差により与えられ、式（２）を式（１）に代入
することにより下式（３）の如く得られる。
【００１７】時間原点が０からτ／２へ変化すると、シ
ユペバイアスエラーの式は下式（４）のようになる。
ユペバイアスエラーの式は下式（４）のようになる。
【００１８】位相乱れがテイラー級数で展開可能な連続
微分関数であるとする。 ここに、Δｔ＝±τｓ／Ｌｃ、従つて｜Δｔ｜≦±τ／
２である。
微分関数であるとする。 ここに、Δｔ＝±τｓ／Ｌｃ、従つて｜Δｔ｜≦±τ／
２である。
【００１９】また位相乱れ関数が乱れの最大変化率ωに
連係される時間ＴによりＴ＝２π／ωにより表されるも
のとする。
連係される時間ＴによりＴ＝２π／ωにより表されるも
のとする。
【００２０】特性時間Ｔがコイルの光走査時間より大幅
に長いとき、テイラー級数の内の高い次数の項が小さい
ことが予想される。従つてテイラー級数は分断でき、最
大第２次のみの項が必要と考えられる。このとき式
（５）は下式（６）のようにも表される。
に長いとき、テイラー級数の内の高い次数の項が小さい
ことが予想される。従つてテイラー級数は分断でき、最
大第２次のみの項が必要と考えられる。このとき式
（５）は下式（６）のようにも表される。
【００２１】 シユペバイアスエラーの上式（４）は下
式（７）のようにも表される。
式（７）のようにも表される。
【００２２】式（７）の項を組み合わせると、下式
（８）次のようになる。
（８）次のようになる。
【００２３】式内の偶数項はシユペバイアスエラー式内
で無効にされることは理解されよう。
で無効にされることは理解されよう。
【００２４】ここで、２、３の数学的ステップを上式
（８）に適用してより有効なシユペバイアスエラー式が
得られる。まず、式（８）の積分部分は２ステツプに分
離される。
（８）に適用してより有効なシユペバイアスエラー式が
得られる。まず、式（８）の積分部分は２ステツプに分
離される。
【００２５】ここで、式（９）の２番目の積分部分の積
分限界値は逆にされる。即ち、
分限界値は逆にされる。即ち、
【００２６】いま積分変数をｓからｓ’＝−ｓ’に変更
すると、 が得られる。
すると、 が得られる。
【００２７】最後にシュペバイアスエラー式は下式（１
２）のように示される。
２）のように示される。
【００２８】シユペバイアスエラー式（１２）の前の導
関数は完全な一般式である。これはサニヤツクループの
基本特性に基づく、即ちサニヤツクループはコイルの光
走査時間である特性時間τを有した遅延ラインとして動
作し、干渉波（ＣＷおよびＣＣＷ）は感知ループ内で互
いに反対方向に移動する。更に導関数は、位相乱れがコ
イルの光走査時間に対し極く緩徐に、時間とともに変化
するものと仮定する。
関数は完全な一般式である。これはサニヤツクループの
基本特性に基づく、即ちサニヤツクループはコイルの光
走査時間である特性時間τを有した遅延ラインとして動
作し、干渉波（ＣＷおよびＣＣＷ）は感知ループ内で互
いに反対方向に移動する。更に導関数は、位相乱れがコ
イルの光走査時間に対し極く緩徐に、時間とともに変化
するものと仮定する。
【００２９】コイルセグメントのシユペバイアスエラー
に対する寄与は２つの時刻、即ちＣＣＷ波がこのセグメ
ントを通過するときの時刻ｔ１およびＣＷ波が同じセグ
メントを通過するときの時刻ｔ２で、このセグメントに
作用する位相乱れの差である（図３および図４参照）。
差｜ｔ２−ｔ１｜はτより小さい。この結果、位相乱れ
はτに比し緩徐であると仮定しているから、位相乱れ関
数のテイラー級数内の高次項（例えば２次項）を無視で
きる。
に対する寄与は２つの時刻、即ちＣＣＷ波がこのセグメ
ントを通過するときの時刻ｔ１およびＣＷ波が同じセグ
メントを通過するときの時刻ｔ２で、このセグメントに
作用する位相乱れの差である（図３および図４参照）。
差｜ｔ２−ｔ１｜はτより小さい。この結果、位相乱れ
はτに比し緩徐であると仮定しているから、位相乱れ関
数のテイラー級数内の高次項（例えば２次項）を無視で
きる。
【００３０】位相乱れ関数を二次展開することにより、
コイルセグメントのシユペバイアスエラーに対する寄与
は位相乱れの時間導関数に比例し、また｜ｔ２−ｔ１｜
がセグメントとコイル中点との距離に比例するので、こ
の寄与はこの距離にも比例する。
コイルセグメントのシユペバイアスエラーに対する寄与
は位相乱れの時間導関数に比例し、また｜ｔ２−ｔ１｜
がセグメントとコイル中点との距離に比例するので、こ
の寄与はこの距離にも比例する。
【００３１】式（１２）の変数ｓ，ｓ’は共に正である
が、これらは反対方向において測定される。即ち一方の
変数はＣＣＷ方向で増加し、他方の変数はＣＷ方向で増
加する。
が、これらは反対方向において測定される。即ち一方の
変数はＣＣＷ方向で増加し、他方の変数はＣＷ方向で増
加する。
【００３２】式（１２）はコイル中点によりＣＣＷ半部
（ＣＣＷ巻き数）およびＣＷ半部（ＣＷ巻き数）の２半
部に分離すること示している。ＣＣＷ半部はＣＣＷ波が
コイル中点を通過した後、ＣＣＷ波が横断するコイルの
部分である。同様の説明がＣＷ半部に対しても当てはま
る。
（ＣＣＷ巻き数）およびＣＷ半部（ＣＷ巻き数）の２半
部に分離すること示している。ＣＣＷ半部はＣＣＷ波が
コイル中点を通過した後、ＣＣＷ波が横断するコイルの
部分である。同様の説明がＣＷ半部に対しても当てはま
る。
【００３３】更に式（１２）から、整合されたコイルセ
グメントの重要さが容易に理解されよう。ＣＣＷ半部の
各コイルセグメントに対し、ＣＷ半部にはコイル中点に
対して同一の距離の部位に別のセグメント（整合された
セグメント）が存在させられる。式（１２）が示すよう
に、整合されたセグメントに作用する位相乱れが大き
さ、数値に関して同一であるとき、整合されたセグメン
トのシユペバイアスエラーに対する寄与が無効にされ
る。
グメントの重要さが容易に理解されよう。ＣＣＷ半部の
各コイルセグメントに対し、ＣＷ半部にはコイル中点に
対して同一の距離の部位に別のセグメント（整合された
セグメント）が存在させられる。式（１２）が示すよう
に、整合されたセグメントに作用する位相乱れが大き
さ、数値に関して同一であるとき、整合されたセグメン
トのシユペバイアスエラーに対する寄与が無効にされ
る。
【００３４】これはシユペエラーを低減するコイル巻き
方法の基礎原理である。標準四重巻きは半径方向の時間
により変化する温度勾配の影響を最小にするための巻き
パターンの一態様である。ある種類の四重巻き構成も軸
勾配の効果の抑制に効果がある。一方軸対称性を示さな
い乱れ（横断乱れあるいはアジマス乱れ）によるシユペ
バイアスエラーは四重巻きによつて必ずしも低減され得
ないこともある。
方法の基礎原理である。標準四重巻きは半径方向の時間
により変化する温度勾配の影響を最小にするための巻き
パターンの一態様である。ある種類の四重巻き構成も軸
勾配の効果の抑制に効果がある。一方軸対称性を示さな
い乱れ（横断乱れあるいはアジマス乱れ）によるシユペ
バイアスエラーは四重巻きによつて必ずしも低減され得
ないこともある。
【００３５】式（８）はまたシユペ効果を理解するため
に有効である。乱れの時間変化率が座標値ｓの偶数関数
であるとき、この関数の時間ｓの積が奇数であるため積
分は消滅する、即ち原点に対し対称の間隔に対する奇数
関数の積分がゼロになる。乱れが、主に半径あるいは軸
方向であるとき、四重巻きは乱れをｓの偶数関数にする
傾向にあるから、シユペバイアスエラーは小さい。一方
乱れの変化率がｓの奇数関数である場合には、ｓとの積
が偶数であり、従つて正および負のｓ座標値からの寄与
は減算ではなく加算になり、四重巻きでもシユペ積分を
大にし得る。後者は振動軸がスプールセンタおよびコイ
ル中点を結ぶ線に対し垂直であるときの横断振動と言え
よう。上述から誘導されるシユペバイアスエラーの一般
式はシユペ１およびシユペ２（圧力シユペ）並びに振動
シユペ（横断および軸方向の）に当てはまる。
に有効である。乱れの時間変化率が座標値ｓの偶数関数
であるとき、この関数の時間ｓの積が奇数であるため積
分は消滅する、即ち原点に対し対称の間隔に対する奇数
関数の積分がゼロになる。乱れが、主に半径あるいは軸
方向であるとき、四重巻きは乱れをｓの偶数関数にする
傾向にあるから、シユペバイアスエラーは小さい。一方
乱れの変化率がｓの奇数関数である場合には、ｓとの積
が偶数であり、従つて正および負のｓ座標値からの寄与
は減算ではなく加算になり、四重巻きでもシユペ積分を
大にし得る。後者は振動軸がスプールセンタおよびコイ
ル中点を結ぶ線に対し垂直であるときの横断振動と言え
よう。上述から誘導されるシユペバイアスエラーの一般
式はシユペ１およびシユペ２（圧力シユペ）並びに振動
シユペ（横断および軸方向の）に当てはまる。
【００３６】次の誘導部分では、位相乱れ関数が円筒座
標値ｒ、θ、ｚおよび時間座標値ｔを用いて表される。
各光フアイバ巻きに対し、座標値ｒ，ｚはほぼ一定であ
る。従つて光フアイバ巻きに対する積分は角度座標値θ
に対するものだけである。これは積分を行うことが必須
の唯一の計算工程である。この工程は乱れのアジマス
（θ）依存性のみに関与する。これ以外の計算は全ての
巻きの寄与に対するものであり、加算である。
標値ｒ、θ、ｚおよび時間座標値ｔを用いて表される。
各光フアイバ巻きに対し、座標値ｒ，ｚはほぼ一定であ
る。従つて光フアイバ巻きに対する積分は角度座標値θ
に対するものだけである。これは積分を行うことが必須
の唯一の計算工程である。この工程は乱れのアジマス
（θ）依存性のみに関与する。これ以外の計算は全ての
巻きの寄与に対するものであり、加算である。
【００３７】図２を参照するに、ｒ、θ、ｚの円筒座標
系が定義される。反時計方向は正の角度θの方向として
任意に選択される。ＣＣＷ巻きでは、光がコイル中点を
通過した後ＣＣＷ方向に向かうとき横断する。同様にＣ
Ｗ巻きでは光がコイル中点を通過した後ＣＷ方向に向か
つて横断する。
系が定義される。反時計方向は正の角度θの方向として
任意に選択される。ＣＣＷ巻きでは、光がコイル中点を
通過した後ＣＣＷ方向に向かうとき横断する。同様にＣ
Ｗ巻きでは光がコイル中点を通過した後ＣＷ方向に向か
つて横断する。
【００３８】スプールの中心とコイル中点とを結ぶ線で
は角度θをゼロとする。この線およびコイル中点から、
最初のＣＣＷおよびＣＷ巻きは図３に示すように定義さ
れる。ｉ−番目の巻きの開始点はθ＝０のとき前に定義
した線とその巻きが交差する点として定義される。更
に、ｓｊｏはこの点からコイル中点へのコイルに沿う距
離とする。一般にこの距離は多くの円周辺を集めたもの
である。
は角度θをゼロとする。この線およびコイル中点から、
最初のＣＣＷおよびＣＷ巻きは図３に示すように定義さ
れる。ｉ−番目の巻きの開始点はθ＝０のとき前に定義
した線とその巻きが交差する点として定義される。更
に、ｓｊｏはこの点からコイル中点へのコイルに沿う距
離とする。一般にこの距離は多くの円周辺を集めたもの
である。
【００３９】シユペバイアスエラーは位相乱れ関数の時
間導関数の円筒座標値での積分として計算される。上式
（１２）の２番目の項は光フアイバ巻き寄与に対する和
に変換される。各々の巻きに対し、座標値ｒ，ｚはほぼ
一定であるから、各巻き当たりの積分は角度θのみに対
してだけである。
間導関数の円筒座標値での積分として計算される。上式
（１２）の２番目の項は光フアイバ巻き寄与に対する和
に変換される。各々の巻きに対し、座標値ｒ，ｚはほぼ
一定であるから、各巻き当たりの積分は角度θのみに対
してだけである。
【００４０】正のθの変換のため、ＣＣＷ巻きに対し、
角度θは０から２π変化し、一方ＣＷ巻きに対しては、
角度θは０から−２π変化することは理解されよう。こ
れは、式（１２）の最初の積分が角度θを増加するｓで
表され、二番目の積分は減少するθで行われることにな
り、重要である。しかして式（１２）は下式のようにも
なる。
角度θは０から２π変化し、一方ＣＷ巻きに対しては、
角度θは０から−２π変化することは理解されよう。こ
れは、式（１２）の最初の積分が角度θを増加するｓで
表され、二番目の積分は減少するθで行われることにな
り、重要である。しかして式（１２）は下式のようにも
なる。
【００４１】次の工程ではｓとθとの間およびｓ’とθ
と間の関係を求める。この関係は以下のように要約され
る。図４を参照するに、ｉ−番目のＣＣＷ巻きでは図示
のようにｓ＞０，θ〉０である。角度θは下式（１４）
のように表される。
と間の関係を求める。この関係は以下のように要約され
る。図４を参照するに、ｉ−番目のＣＣＷ巻きでは図示
のようにｓ＞０，θ〉０である。角度θは下式（１４）
のように表される。
【００４２】座標値ｓについて解くと下式（１５）次の
ようになる。
ようになる。
【００４３】変数ｒｊ、ｓ、ｓｊｏはすべてゼロより大
きい。角度θは関係０＜θ＜２πを満足する。増分距離
ｄｓ＝ｒｊｄθである。
きい。角度θは関係０＜θ＜２πを満足する。増分距離
ｄｓ＝ｒｊｄθである。
【００４４】図５を参照するに、ｊ−番目のＣＷ巻きで
は角度θは下式（１６）のように与えられる。
は角度θは下式（１６）のように与えられる。
【００４５】座標値ｓ’について解くと、下式（１７）
のようになる。
のようになる。
【００４６】変数ｒｊ、ｓ’、ｓｊｏは全てゼロより大
である。角度θは関係−２π＜θ＜０を満足する。増分
距離ｄｓ’＝−ｒｊｄθである。
である。角度θは関係−２π＜θ＜０を満足する。増分
距離ｄｓ’＝−ｒｊｄθである。
【００４７】ｉ−番目のＣＣＷ巻きのシユペバイアスエ
ラーに対する寄与は下式（１８）のように示される。
ラーに対する寄与は下式（１８）のように示される。
【００４８】同様に、ｊＣＷ巻きのシユペバイアスエラ
ーに対する寄与は下式（１９）のように示される。
ーに対する寄与は下式（１９）のように示される。
【００４９】上式（１９）の積分はθ＝０からθ＝−２
πへの正のｓ’の方向で行われる。式（１９）の積分の
限界値を逆にすると下式（２０）次のようになる。
πへの正のｓ’の方向で行われる。式（１９）の積分の
限界値を逆にすると下式（２０）次のようになる。
【００５０】最終的に全部の巻きに対し加算すると、下
式（２１）のようなシユペバイアスエラーの一般式が得
られる。
式（２１）のようなシユペバイアスエラーの一般式が得
られる。
【００５１】物理的理由により、位相乱れ関数は周期２
πの角度θが周期的であることが最適である。しかし
て、これはθに依存しない項、共正弦波項に対する和お
よび正弦波項に対する項を含むフーリエ級数で表現でき
る。このフーリエ級数の異なる項に対するシユペバイア
スエラー式は以下のように与えられる。ＣＣＷ巻きおよ
びＣＷ巻きの寄与は下の式（２６）のθに依存しない項
のためシユペバイアスエラー式内では反対の符号を有
し、一方下式（３８）の正弦波項の式ではこれらの寄与
は同一の符号を用いて示される。更に下式（３２）の共
正弦波項ではシユペバイアスはゼロになる。
πの角度θが周期的であることが最適である。しかし
て、これはθに依存しない項、共正弦波項に対する和お
よび正弦波項に対する項を含むフーリエ級数で表現でき
る。このフーリエ級数の異なる項に対するシユペバイア
スエラー式は以下のように与えられる。ＣＣＷ巻きおよ
びＣＷ巻きの寄与は下の式（２６）のθに依存しない項
のためシユペバイアスエラー式内では反対の符号を有
し、一方下式（３８）の正弦波項の式ではこれらの寄与
は同一の符号を用いて示される。更に下式（３２）の共
正弦波項ではシユペバイアスはゼロになる。
【００５２】代表的な巻きパターンはＣＣＷコイル半部
の各セグメントをＣＷコイル半部の整合されたセグメン
トに近接して位置するように設計される。このように両
方のセグメントに作用する位相乱れの時間導関数はその
大きさ、数値がほぼ等しくなる。従つてシユペバイアス
エラーに対する寄与はθに依存しない位相乱れ関数の
み、あるいはフーリエ級数のθに依存しない項のみに対
して互いに打ち消される。
の各セグメントをＣＷコイル半部の整合されたセグメン
トに近接して位置するように設計される。このように両
方のセグメントに作用する位相乱れの時間導関数はその
大きさ、数値がほぼ等しくなる。従つてシユペバイアス
エラーに対する寄与はθに依存しない位相乱れ関数の
み、あるいはフーリエ級数のθに依存しない項のみに対
して互いに打ち消される。
【００５３】一方正弦波位相乱れ関数では、整合された
セグメントに作用する位相乱れの時間導関数の数値が等
しい場合、シユペバイアスエラーに対するこれら寄与は
減算ではなく加算される。従つて標準の四重巻き自体は
正弦波乱れのためシユペバイアスエラーを低減するには
有用ではない。
セグメントに作用する位相乱れの時間導関数の数値が等
しい場合、シユペバイアスエラーに対するこれら寄与は
減算ではなく加算される。従つて標準の四重巻き自体は
正弦波乱れのためシユペバイアスエラーを低減するには
有用ではない。
【００５４】コイルの境界条件を満足させるため、横断
振動による動的歪み、延いては結果としての位相乱れ関
数はθの正弦波関数にすることが必須である。この結果
フーリエ級数の正弦波項に関する上述した結論は横断振
動にも当てはまる。
振動による動的歪み、延いては結果としての位相乱れ関
数はθの正弦波関数にすることが必須である。この結果
フーリエ級数の正弦波項に関する上述した結論は横断振
動にも当てはまる。
【００５５】上述した変数に加えて、次の変数が使用さ
れる。 ε０（ｒ，ｚ，ｔ） 位相乱れ関数に対するフーリエ級数のθ に依存しない項 εｎ（ｒ，ｚ，ｔ）ｃｏｓ（ｎθ） 同じフーリエ級数のｎ一番目の正弦波項 εｍ（ｒ，ｚ，ｔ）ｃｏｓ（ｍθ） 同じフーリエ級数のｎ一番目の正弦波項
れる。 ε０（ｒ，ｚ，ｔ） 位相乱れ関数に対するフーリエ級数のθ に依存しない項 εｎ（ｒ，ｚ，ｔ）ｃｏｓ（ｎθ） 同じフーリエ級数のｎ一番目の正弦波項 εｍ（ｒ，ｚ，ｔ）ｃｏｓ（ｍθ） 同じフーリエ級数のｎ一番目の正弦波項
【００５６】最汎用の場合位相乱れ関数は周期２πを有
する角度θの周期関数にすることが必須である。従つて
位相乱れ関数はフーリエ級数を用いて下式（２２）で表
される。 ここに、係数εｏ．εｍ．εｍはｒ，ｚ．ｔの関数であ
るがθには依存しない。
する角度θの周期関数にすることが必須である。従つて
位相乱れ関数はフーリエ級数を用いて下式（２２）で表
される。 ここに、係数εｏ．εｍ．εｍはｒ，ｚ．ｔの関数であ
るがθには依存しない。
【００５７】以下の説明において位相乱れ関数のフーリ
エ級数内の異なる項によるシユペバイアスエラーが計算
される。この計算での開始点は上式（２１）を用いる。
エ級数内の異なる項によるシユペバイアスエラーが計算
される。この計算での開始点は上式（２１）を用いる。
【００５８】θに依存しない項によるシユペバイアスエ
ラー 上式（２２）のθに依存しない項ε０（ｒ，ｚ，ｔ）の
ためにシユペバイアス項のみを用いて上式（２１）の積
分部分が評価される要がある。この項の時間導関数もθ
に依存せず積分から取られ、この結果下式（２３）のよ
うになる。 ２個の積分は下式（２４）、（２５）のようになる。
ラー 上式（２２）のθに依存しない項ε０（ｒ，ｚ，ｔ）の
ためにシユペバイアス項のみを用いて上式（２１）の積
分部分が評価される要がある。この項の時間導関数もθ
に依存せず積分から取られ、この結果下式（２３）のよ
うになる。 ２個の積分は下式（２４）、（２５）のようになる。
【００５９】従つて位相乱れ関数のθに依存しない項に
よるシユペバイアスエラーは下式（２６）で与えられ
る。 上式では積分が含まれておらず和のみが存在することは
理解されよう。またＣＣＷ巻きおよびＣＷ巻きからの寄
与は反対の数値を持つている。
よるシユペバイアスエラーは下式（２６）で与えられ
る。 上式では積分が含まれておらず和のみが存在することは
理解されよう。またＣＣＷ巻きおよびＣＷ巻きからの寄
与は反対の数値を持つている。
【００６０】共正弦波項によるシユペバイアスエラー さてεｎ（ｒ，ｚ，ｔ）ｃｏｓ（ｎθ）の項を用いる式
（２１）の積分が評価 シユペバイアスエラーが存在する
（２１）の積分が評価 シユペバイアスエラーが存在する
【００６１】偏微分すると、ＣＣＷ巻きに対し下式（２
８）、（２９）が得られる。
８）、（２９）が得られる。
【００６２】同様にＣＷ巻きに対しては、下式（３
０）、（３１）が得られる。
０）、（３１）が得られる。
【００６３】全ての積分がなくなるので、正弦波項によ
るシユペバイアスエラーがゼロとなり、これは数学的に
は下式（３２）のように示される。
るシユペバイアスエラーがゼロとなり、これは数学的に
は下式（３２）のように示される。
【００６４】正弦波項によるシユペバイアスエラー 最後に、上式（２１）の積分はεｍ（ｒ，ｚ，ｔ）ｓｉ
ｎ（ｍθ）の項を用い 式（３３）のようなシユペバイアスエラーが存在する。
ｎ（ｍθ）の項を用い 式（３３）のようなシユペバイアスエラーが存在する。
【００６５】偏微分するとＣＣＷ巻きに対し下式（３
４）、（３５）のような結果が得られる。
４）、（３５）のような結果が得られる。
【００６６】同様にＣＷ巻きに対しては下式（３６）の
ような結果が得られる。
ような結果が得られる。
【００６７】従つて位相乱れ関数のｍ一番目の正弦波項
によるシユペバイアスエラーは下式（３８）のように与
えられる。
によるシユペバイアスエラーは下式（３８）のように与
えられる。
【００６８】上式（２６）と同様に、上式（３８）には
積分がなく、和のみが存在することは理解されよう。ま
た上式（３８）は全ての光フアイバ巻きからの寄与はＣ
Ｗ巻きあるいはＣＣＷ巻きとは無関係であることを示し
ている。従つてコイルでのすべての光フアイバ巻きに対
する和として上式（３８）の二番目項を下式（３）のよ
うに書き換えできる。 ここに、
積分がなく、和のみが存在することは理解されよう。ま
た上式（３８）は全ての光フアイバ巻きからの寄与はＣ
Ｗ巻きあるいはＣＣＷ巻きとは無関係であることを示し
ている。従つてコイルでのすべての光フアイバ巻きに対
する和として上式（３８）の二番目項を下式（３）のよ
うに書き換えできる。 ここに、
【００６９】本明細書では、シユペバイアスエラーの評
価はすべての位相乱れ関数に対する和の計算に換算でき
ることを示した。上式（２６）、（３８）あるいは（３
９）のθの依存性によりシユペバイアスエラーに対し２
個の式が誘導された。
価はすべての位相乱れ関数に対する和の計算に換算でき
ることを示した。上式（２６）、（３８）あるいは（３
９）のθの依存性によりシユペバイアスエラーに対し２
個の式が誘導された。
【００７０】上式（２６）では、量ｒｊ、ｒｊ、
ｓｊｏ、ｓｊｏは全て正の実数である。従つて上式（２
６）はＣＣＷ巻きの寄与およびＣＷ巻きの寄与は符号が
反対である、即ちこれら寄与は（位相乱れの時間導関数
が同一の数値を有している場合）互いに打ち消しあう傾
向にあることを示す。これは以前に得られた結論と同一
である。一方この結論はθ（軸対称乱れ）に無関係な位
相乱れ関数のみに対する、あるいはθに無関係な乱れ関
数のフーリエ級数のみに対し有効であることがを示し
た。
ｓｊｏ、ｓｊｏは全て正の実数である。従つて上式（２
６）はＣＣＷ巻きの寄与およびＣＷ巻きの寄与は符号が
反対である、即ちこれら寄与は（位相乱れの時間導関数
が同一の数値を有している場合）互いに打ち消しあう傾
向にあることを示す。これは以前に得られた結論と同一
である。一方この結論はθ（軸対称乱れ）に無関係な位
相乱れ関数のみに対する、あるいはθに無関係な乱れ関
数のフーリエ級数のみに対し有効であることがを示し
た。
【００７１】時間と共に変動する温度勾配が主に半径方
向ないしは軸方向であるとき、上式（２６）は温度勾配
によるシユペバイアス（シユペ１）に適用する。この式
はまた、例えばスプールの熱膨張により温度に依存する
圧力勾配（シユペ２）によるシユペバイアスに適用す
る。すべての場合、位相乱れ関数は軸対称である。
向ないしは軸方向であるとき、上式（２６）は温度勾配
によるシユペバイアス（シユペ１）に適用する。この式
はまた、例えばスプールの熱膨張により温度に依存する
圧力勾配（シユペ２）によるシユペバイアスに適用す
る。すべての場合、位相乱れ関数は軸対称である。
【００７２】上式（２６）について前に述べたことに比
べ、上式（３８）、（３９）では、ＣＷ巻きおよびＣＣ
Ｗ巻きの寄与は（乱れ関数の時間導関数の符号により）
減算ではなく加算される。実際この式は、乱れの正弦波
項に関する限り、巻きがコイルのＣＣＷ半部あるいはＣ
Ｗ半部に属するかは実際重要ではないことを表してい
る。
べ、上式（３８）、（３９）では、ＣＷ巻きおよびＣＣ
Ｗ巻きの寄与は（乱れ関数の時間導関数の符号により）
減算ではなく加算される。実際この式は、乱れの正弦波
項に関する限り、巻きがコイルのＣＣＷ半部あるいはＣ
Ｗ半部に属するかは実際重要ではないことを表してい
る。
【００７３】横断振動による動的歪みはθの正弦波関数
であるので、上式（３８）あるいは（３９）から得られ
た上記結論は横断振動に適用する。
であるので、上式（３８）あるいは（３９）から得られ
た上記結論は横断振動に適用する。
【００７４】上式（３８）および（３９）はまた、（対
応する位相乱れ関数の少なくとも正弦波成分に対し）軸
対称ではない温度勾配によるシユペバイアスに適用す
る。
応する位相乱れ関数の少なくとも正弦波成分に対し）軸
対称ではない温度勾配によるシユペバイアスに適用す
る。
【００７５】コイル軸バイアス振動応答とコイルのポテ
ィング処理部の長さとの相関関係 図６〜図１３は、「強い振動や熱環境に対するポティン
グ処理された光フアイバジヤイロセンサコイル」と題
し、エイコードバおよびジーエムスラビアンに発行され
た米国特許第５，５４６，４８２号に開示されるような
カーボンブラツク充填シリコーンを用いて製造された８
個の光フアイバ回転センサコイルの交流バイアス振動デ
ータをグラフで示す。米国特許第５，５４６，４８２号
の開示は本発明の開示の参考として示される。これらコ
イルは無視できる横断振動感度を有していることが判明
している。本発明の一実施態様ではこれらコイルの軸振
動に対する応答に関する。
ィング処理部の長さとの相関関係 図６〜図１３は、「強い振動や熱環境に対するポティン
グ処理された光フアイバジヤイロセンサコイル」と題
し、エイコードバおよびジーエムスラビアンに発行され
た米国特許第５，５４６，４８２号に開示されるような
カーボンブラツク充填シリコーンを用いて製造された８
個の光フアイバ回転センサコイルの交流バイアス振動デ
ータをグラフで示す。米国特許第５，５４６，４８２号
の開示は本発明の開示の参考として示される。これらコ
イルは無視できる横断振動感度を有していることが判明
している。本発明の一実施態様ではこれらコイルの軸振
動に対する応答に関する。
【００７６】時間当たりのバイアス（度）を光フアイバ
回転センサコイルの振動応答は振動数と加速度との積に
より乗算することにより表される。加速度ｇが加速重力
である場合、ｇで加速度を表現することが有用である。
テストされたコイルの軸方向振動感度は無視しうるレベ
ルから約０．６×１０−３度／ｓｅｃ／ｇＨｚに及ぶこ
とになる。
回転センサコイルの振動応答は振動数と加速度との積に
より乗算することにより表される。加速度ｇが加速重力
である場合、ｇで加速度を表現することが有用である。
テストされたコイルの軸方向振動感度は無視しうるレベ
ルから約０．６×１０−３度／ｓｅｃ／ｇＨｚに及ぶこ
とになる。
【００７７】更に測定された軸方向振動感度とコイルの
ポテイング処理された部分の長さとの間には強い相関関
係があることが判明している。コイルのポテイング処理
された部分の長さには光フアイバリード長が含まれてい
ないことは理解されよう。これはコイル軸方向のバイア
ス振動感度がその長さを好適に選択し制御することによ
り大幅に減少できる。これは重要な結果である。コイル
長を制御する一方法には、巻き作業中コイルに塗布され
るポテイング処理材料の容量を選択し制御することが含
まれる。上述したような温度勾配によるシユペバイアス
エラーの数学的特性のため、ポテイング処理長との相関
関係はバイアス温度勾配感度の場合に存在することが予
想される。
ポテイング処理された部分の長さとの間には強い相関関
係があることが判明している。コイルのポテイング処理
された部分の長さには光フアイバリード長が含まれてい
ないことは理解されよう。これはコイル軸方向のバイア
ス振動感度がその長さを好適に選択し制御することによ
り大幅に減少できる。これは重要な結果である。コイル
長を制御する一方法には、巻き作業中コイルに塗布され
るポテイング処理材料の容量を選択し制御することが含
まれる。上述したような温度勾配によるシユペバイアス
エラーの数学的特性のため、ポテイング処理長との相関
関係はバイアス温度勾配感度の場合に存在することが予
想される。
【００７８】下表は上述した８個のコアコイルに対する
ポテイング処理されたコイル長および軸方向のバイアス
振動データを要約している。長さデータはジヤイロスコ
ープの好適な周波数の測定および光フアイバの屈折率、
更に（多機能一体光学チツプのリード長を含む）コイル
光フアイバリード長を減算して得た。軸方向のバイアス
振動感度は、図６〜図１３に示す測定振動データに対し
線形適合処理を行うことにより得た。
ポテイング処理されたコイル長および軸方向のバイアス
振動データを要約している。長さデータはジヤイロスコ
ープの好適な周波数の測定および光フアイバの屈折率、
更に（多機能一体光学チツプのリード長を含む）コイル
光フアイバリード長を減算して得た。軸方向のバイアス
振動感度は、図６〜図１３に示す測定振動データに対し
線形適合処理を行うことにより得た。
【００７９】
【００８０】図１４はこれら８個のコイルに対し軸方向
バイアス振動応答とコイルポテイング処理長との関係を
示すグラフである。このグラフから長さが増加するにつ
れ振動応答が増加する傾向のあることが理解されよう。
全ての点が直線上にあるとは 能である。
バイアス振動応答とコイルポテイング処理長との関係を
示すグラフである。このグラフから長さが増加するにつ
れ振動応答が増加する傾向のあることが理解されよう。
全ての点が直線上にあるとは 能である。
【００８１】上表のデータはコイルの軸方向バイアス振
動感度を低減するため、（１）公称ポテイング処理長が
約１９７．００ｍで、（２）コイル長の公差が約５０ｃ
ｍ（あるいはコイル長の０．２５％）にする必要がある
ことを示している。また上表からコイルの現在の平均ポ
テイング処理長が１９８．１５であり、コイル間の長さ
振動が約１．２％であることが理解されよう。同様の考
察は公称長が１９８ｍ以外のジヤイロスコープのコイル
に対し行うことができる。
動感度を低減するため、（１）公称ポテイング処理長が
約１９７．００ｍで、（２）コイル長の公差が約５０ｃ
ｍ（あるいはコイル長の０．２５％）にする必要がある
ことを示している。また上表からコイルの現在の平均ポ
テイング処理長が１９８．１５であり、コイル間の長さ
振動が約１．２％であることが理解されよう。同様の考
察は公称長が１９８ｍ以外のジヤイロスコープのコイル
に対し行うことができる。
【００８２】本発明のこの実施態様は平均長を約１ｍだ
けにし、また変動性を５だけ減少させる方法に関する。
この特定の実施態様においては、コイル間長の変動性に
影響を与える主コイルパラメータは巻き工程中に塗布さ
れるポテイング処理材料の容積である。
けにし、また変動性を５だけ減少させる方法に関する。
この特定の実施態様においては、コイル間長の変動性に
影響を与える主コイルパラメータは巻き工程中に塗布さ
れるポテイング処理材料の容積である。
【００８３】本発明によれば、コイルのポテイング処理
長、接着層の厚さ、層当たりの巻き数、層の数および巻
きの終端方法を含むコイルの幾何学的フアクタを制御し
調節することにより、光フアイバ回転センサのバイアス
振動感度および温度勾配感度が低減される。巻きの終端
部は完全クアドラポール、ダイアポール、不完全クアド
ラポールあるいは不完全ダイアポールとしてコイルを巻
回可能である。
長、接着層の厚さ、層当たりの巻き数、層の数および巻
きの終端方法を含むコイルの幾何学的フアクタを制御し
調節することにより、光フアイバ回転センサのバイアス
振動感度および温度勾配感度が低減される。巻きの終端
部は完全クアドラポール、ダイアポール、不完全クアド
ラポールあるいは不完全ダイアポールとしてコイルを巻
回可能である。
【００８４】シユペ効果の計算により、環境熱あるいは
振動乱れが（アジマス角θに無関係に）軸対称であると
き、シユペバイアス積分に対する時計方向の巻きの寄与
および反時計方向巻きの影響は符号が逆であることが予
期される。従つてクアドラポール巻きのような特殊な巻
きを採用することにより、これら寄与が互いに打ち消さ
れ得る。軸対称乱れはアジマスのフーリエ級数として展
開可能である。延いてはこのフーリエ級数のアジマスに
依存しない項にも適用可能になる。
振動乱れが（アジマス角θに無関係に）軸対称であると
き、シユペバイアス積分に対する時計方向の巻きの寄与
および反時計方向巻きの影響は符号が逆であることが予
期される。従つてクアドラポール巻きのような特殊な巻
きを採用することにより、これら寄与が互いに打ち消さ
れ得る。軸対称乱れはアジマスのフーリエ級数として展
開可能である。延いてはこのフーリエ級数のアジマスに
依存しない項にも適用可能になる。
【００８５】クアドラポール巻きは軸対称乱れによるシ
ユペバイアスを低減させるために有効である。このとき
クアドラポール内に異種の乱れが不完全に打ち消される
ことに伴い常に小さな残留バイアスが存在することにな
り、異種クアドラポールによる残留バイアスは総合バイ
アスエラーを増加させる傾向を生じる。これに対しコイ
ル設計において一部幾何学的フアクタを調節することに
より、実質残留シユペバイアスを無視できる程度にした
コイルが得られる。例えばコイルのポテイング処理長は
主にバイアス振動感度に影響を与える。
ユペバイアスを低減させるために有効である。このとき
クアドラポール内に異種の乱れが不完全に打ち消される
ことに伴い常に小さな残留バイアスが存在することにな
り、異種クアドラポールによる残留バイアスは総合バイ
アスエラーを増加させる傾向を生じる。これに対しコイ
ル設計において一部幾何学的フアクタを調節することに
より、実質残留シユペバイアスを無視できる程度にした
コイルが得られる。例えばコイルのポテイング処理長は
主にバイアス振動感度に影響を与える。
【００８６】本発明によるシユペバイアス（振動感度あ
るいは熱勾配感度による）を所望に低減する方法は上述
から明らかなように、 １．許容される最大容積および所望サニヤツク倍率のよ
うなシステム／ジヤイロスコープの制約に合うようにコ
イルの幾何学的フアクタ（ポテイング処理長、層当たり
の巻き数、層の数、接着層の厚さ）を定義する工程と、 ２．変数パラメータとして幾何学的フアクタ（例えば接
着層の厚さ）を選択する工程と、 ３．複数のコイルを巻きコイルの選択された幾何学的フ
アクタを変化させる工程と、 ４．シユペバイアス（振動応答あるいは熱勾配応答）を
測定する工程と、 ５．選択された幾何学的フアクタに対し最適の値および
公差を選択する工程（図示の実施態様では、これはポテ
イング処理長に対し１９７ｍ±０．５ｍの値）と、 ６．コイル製造過程で特定公差内に幾何学的フアクタを
制御する工程とを包有している。
るいは熱勾配感度による）を所望に低減する方法は上述
から明らかなように、 １．許容される最大容積および所望サニヤツク倍率のよ
うなシステム／ジヤイロスコープの制約に合うようにコ
イルの幾何学的フアクタ（ポテイング処理長、層当たり
の巻き数、層の数、接着層の厚さ）を定義する工程と、 ２．変数パラメータとして幾何学的フアクタ（例えば接
着層の厚さ）を選択する工程と、 ３．複数のコイルを巻きコイルの選択された幾何学的フ
アクタを変化させる工程と、 ４．シユペバイアス（振動応答あるいは熱勾配応答）を
測定する工程と、 ５．選択された幾何学的フアクタに対し最適の値および
公差を選択する工程（図示の実施態様では、これはポテ
イング処理長に対し１９７ｍ±０．５ｍの値）と、 ６．コイル製造過程で特定公差内に幾何学的フアクタを
制御する工程とを包有している。
【００８７】
【発明の効果】上述のように構成された本発明によれ
ば、従来品に比べ振動および熱による非相反性の影響を
最小限に低減でき、延いては高品質の感知コイルを具備
する光フアイバジヤイロスコープの提供に有効に寄与で
きる。ここに開示した構造および方法は本発明の原理を
示している。本発明はその精神や本質的な特徴から離れ
る事なく他の特定形態に実施可能である。上述して実施
例はすべての点で限定するものではなく一例として図示
しているものと考えるべきである。したがつて、上述し
た説明ではなく添付の特許請求の範囲により本発明の範
囲が定義される。添付の特許請求の範囲の等価物の意味
および範囲内にあるここで説明した実施例に対するすべ
ての変更も本発明の範囲内に含まれる。
ば、従来品に比べ振動および熱による非相反性の影響を
最小限に低減でき、延いては高品質の感知コイルを具備
する光フアイバジヤイロスコープの提供に有効に寄与で
きる。ここに開示した構造および方法は本発明の原理を
示している。本発明はその精神や本質的な特徴から離れ
る事なく他の特定形態に実施可能である。上述して実施
例はすべての点で限定するものではなく一例として図示
しているものと考えるべきである。したがつて、上述し
た説明ではなく添付の特許請求の範囲により本発明の範
囲が定義される。添付の特許請求の範囲の等価物の意味
および範囲内にあるここで説明した実施例に対するすべ
ての変更も本発明の範囲内に含まれる。
【図１】図１はシユペ効果を理解するために使用される
光フアイバコイルおよびパラメータを示す図である。
光フアイバコイルおよびパラメータを示す図である。
【図２】図２は光フアイバコイルのシユペ効果を分析す
る際に使用される円筒座標系を示す図である。
る際に使用される円筒座標系を示す図である。
【図３】図３は光フアイバコイルの時計方向巻きおよび
反時計方向巻きを示す図である。
反時計方向巻きを示す図である。
【図４】図４は光フアイバコイルのｉ一番目の反時計方
向巻きのパラメータを示す図である。
向巻きのパラメータを示す図である。
【図５】図５は光フアイバコイルのｊ−番目の反時計方
向巻きのパラメータを示す図である。
向巻きのパラメータを示す図である。
【図６】図６はコイル軸に沿う振動の振動数の関数とし
て光フアイバ回転センサの測定された回転速度出力を示
すグラフである。
て光フアイバ回転センサの測定された回転速度出力を示
すグラフである。
【図７】図７はコイル軸に沿う振動の振動数の関数とし
て第２の光フアイバ回転センサの測定された回転速度出
力を示すグラフである。
て第２の光フアイバ回転センサの測定された回転速度出
力を示すグラフである。
【図８】図８はコイル軸に沿う振動の振動数の関数とし
て第３の光フアイバ回転センサの測定された回転速度出
力を示すグラフである。
て第３の光フアイバ回転センサの測定された回転速度出
力を示すグラフである。
【図９】図９はコイル軸に沿う振動の振動数の関数とし
て第４の光フアイバ回転センサの測定された回転速度出
力を示すグラフである。
て第４の光フアイバ回転センサの測定された回転速度出
力を示すグラフである。
【図１０】図１０は第５の光フアイバ回転センサのコイ
ルの軸に沿う振動の振動数の関数として、センサコイル
の測定された回転速度出力を示す図である。
ルの軸に沿う振動の振動数の関数として、センサコイル
の測定された回転速度出力を示す図である。
【図１１】図１１は第６の光フアイバ回転センサのコイ
ルの軸に沿う振動の振動数の関数として、センサコイル
の測定された回転速度出力を示す図である。
ルの軸に沿う振動の振動数の関数として、センサコイル
の測定された回転速度出力を示す図である。
【図１２】図１２は第７の光フアイバ回転センサのコイ
ルの軸に沿つての振動の振動数の関数として、センサコ
イルの測定された回転速度出力を示す図である。
ルの軸に沿つての振動の振動数の関数として、センサコ
イルの測定された回転速度出力を示す図である。
【図１３】図１３は第８の光フアイバ回転センサのコイ
ルの軸に沿つての振動の振動数の関数として、センサコ
イルの測定された回転速度出力を示す図である。
ルの軸に沿つての振動の振動数の関数として、センサコ
イルの測定された回転速度出力を示す図である。
【図１４】図１４はポツトに入れられたコイルの長さの
関数としてバイアス軸振動感度を示すグラフである。
関数としてバイアス軸振動感度を示すグラフである。
Claims (13)
- 【請求項１】 長手の光フアイバから光フアイバコイル
を形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポテ
イング処理する工程と、光フアイバコイルの長さを制御
してその公称ポテイング処理長を所定の長さにし振動に
よるシユペ効果を抑制する工程とを包有するシユペ効果
により引き起こされる非相反性バイアスエラーを低減す
る方法。 - 【請求項２】 完全クアドラポールとして光フアイバコ
イルを形成する工程を包有してなる請求項１の方法。 - 【請求項３】 ダイアポールとして光フアイバコイルを
形成する工程を包有してなる請求項１の方法。 - 【請求項４】 不完全クアドラポールとして光フアイバ
コイルを形成する工程を包有してなる請求項１の方法。 - 【請求項５】 不完全ダイアポールとして光フアイバコ
イルを形成する工程を包有してなる請求項１の方法。 - 【請求項６】 長手の光フアイバから光フアイバコイル
を形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポテ
イング処理する工程と、光フアイバコイルの長さを制御
してその公称ポテイング処理長を所定の長さにし温度勾
配によるシユペ効果を抑制する工程とを包有するシユペ
効果により引き起こされる非相反性バイアスエラーを低
減する方法。 - 【請求項７】 長手の光フアイバから光フアイバコイル
を形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポテ
イング処理する工程と、光フアイバコイルの接着層の厚
さを制御してその公称ポテイング処理長を所定の長さに
し温度勾配によるシユペ効果を抑制する工程とを包有す
るシユペ効果により引き起こされる非相反性バイアスエ
ラーを低減する方法。 - 【請求項８】 長手の光フアイバから光フアイバコイル
を形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポテ
イング処理する工程と、光フアイバコイルの接着層の厚
さを制御してその公称ポテイング処理長を所定の長さに
し振動によるシユペ効果を抑制する工程とを包有するシ
ユペ効果により引き起こされる非相反性バイアスエラー
を低減する方法。 - 【請求項９】 長手の光フアイバから光フアイバコイル
を形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポテ
イング処理する工程と、光フアイバコイルの層当たりの
巻き数を定義してその公称ポテイング処理長を所定の長
さにし温度勾配によるシユペ効果を抑制する工程とを包
有するシユペ効果により引き起こされる非相反性バイア
スエラーを低減する方法。 - 【請求項１０】 長手の光フアイバから光フアイバコイ
ルを形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポ
テイング処理する工程と、光フアイバコイルの層当たり
の巻き数を定義してその公称ポテイング処理長を所定の
長さにし振動によるシユペ効果を抑制する工程とを包有
するシユペ効果により引き起こされる非相反性バイアス
エラーを低減する方法。 - 【請求項１１】 長手の光フアイバから光フアイバコイ
ルを形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポ
テイング処理する工程と、光フアイバコイルの層当たり
の巻き数を定義してその公称ポテイング処理長を所定の
長さにし温度勾配によるシユペ効果を抑制する工程とを
包有するシユペ効果により引き起こされる非相反性バイ
アスエラーを低減する方法。 - 【請求項１２】 長手の光フアイバから光フアイバコイ
ルを形成する工程と、コイルをポテイング処理材料でポ
テイング処理する工程と、光フアイバコイルの層当たり
の巻き数を定義してその公称ポテイング処理長を所定の
長さにし振動によるシユペ効果を抑制する工程との工程
を包有するシユペ効果により引き起こされる非相反性バ
イアスエラーを低減する方法。 - 【請求項１３】 コイルの組をなす幾何学的フアクタを
定義する工程と、組をなす幾何学的フアクタの項を選択
する工程と、複数の光フアイバコイルを巻き選択された
幾何学的フアクタを変化させる工程と、複数の光フアイ
バコイルのそれぞれのシユペバイアスを測定する工程
と、選択された幾何学的フアクタの最適な値および公差
を選択しシユペバイアスを最小にする工程と、コイルの
製造中選択された公差内に選択された幾何学的フアクタ
を制御する工程とを包有するシユペ効果により引き起こ
される非相反性バイアスエラーを低減する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/841491 | 1997-04-23 | ||
| US08/841,491 US5847829A (en) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | Reduction of fiber optic gyroscope vibration and temperature-ramp sensitivities by controlling coil geometrical parameters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164006A true JPH1164006A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=25285013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10151859A Pending JPH1164006A (ja) | 1997-04-23 | 1998-04-23 | コイル幾何学パラメータの制御による光フアイバジヤイロスコープの振動および温度勾配感度の低減方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5847829A (ja) |
| EP (1) | EP0874219B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1164006A (ja) |
| CA (1) | CA2235259A1 (ja) |
| DE (1) | DE69827065T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009543065A (ja) * | 2006-06-29 | 2009-12-03 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ | ブラッグファイバーを用いた光ファイバーセンサ |
| US8233151B2 (en) | 2002-08-20 | 2012-07-31 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic sensor using a hollow core fiber |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6040908A (en) * | 1998-07-28 | 2000-03-21 | Litton Systems, Inc. | Method for stress tuning fiber optic sensor coils |
| US6005665A (en) * | 1998-12-29 | 1999-12-21 | Honeywell, Inc. | Job zone for a high performance navigation grade rate sensing coil |
| DE10033541C2 (de) * | 2000-07-11 | 2003-05-15 | Litef Gmbh | Lichtleitfaserspule für ein faseroptisches Sagnac-Interferometer und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| WO2008113015A1 (en) | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Entegris, Inc. | System and method for non-intrusive thermal monitor |
| US7777889B2 (en) * | 2008-08-07 | 2010-08-17 | Honeywell International Inc. | Bias-instability reduction in fiber optic gyroscopes |
| CN106017511B (zh) * | 2016-07-28 | 2019-03-12 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种光纤陀螺温度系数测试和补偿方法 |
| CN116625349B (zh) * | 2023-07-26 | 2023-09-15 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 一种提升光纤罗经振动性能的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US5329349A (en) * | 1993-05-10 | 1994-07-12 | Litton Systems, Inc. | Method for tuning fiber optic sensor coils |
-
1997
- 1997-04-23 US US08/841,491 patent/US5847829A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-04-21 CA CA002235259A patent/CA2235259A1/en not_active Abandoned
- 1998-04-23 EP EP98303162A patent/EP0874219B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-23 JP JP10151859A patent/JPH1164006A/ja active Pending
- 1998-04-23 DE DE69827065T patent/DE69827065T2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8233151B2 (en) | 2002-08-20 | 2012-07-31 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic sensor using a hollow core fiber |
| US8427651B2 (en) | 2002-08-20 | 2013-04-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical sensor using a hollow core waveguide |
| JP2009543065A (ja) * | 2006-06-29 | 2009-12-03 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ | ブラッグファイバーを用いた光ファイバーセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5847829A (en) | 1998-12-08 |
| EP0874219B1 (en) | 2004-10-20 |
| DE69827065T2 (de) | 2005-10-13 |
| EP0874219A3 (en) | 2000-04-05 |
| CA2235259A1 (en) | 1998-10-23 |
| DE69827065D1 (de) | 2004-11-25 |
| EP0874219A2 (en) | 1998-10-28 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
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| A02 | Decision of refusal |
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