JPS58214809A - フアイバジヤイロ - Google Patents

フアイバジヤイロ

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Publication number
JPS58214809A
JPS58214809A JP57097576A JP9757682A JPS58214809A JP S58214809 A JPS58214809 A JP S58214809A JP 57097576 A JP57097576 A JP 57097576A JP 9757682 A JP9757682 A JP 9757682A JP S58214809 A JPS58214809 A JP S58214809A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
light
source
original
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.)
Pending
Application number
JP57097576A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Edahiro
枝広 隆夫
Katsunari Okamoto
勝就 岡本
Kazumasa Takada
和正 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP57097576A priority Critical patent/JPS58214809A/ja
Publication of JPS58214809A publication Critical patent/JPS58214809A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地球の自転速度(10rid/ sec )
のように紛かに回転する回転体の回転速度を高精度に検
出することができるファイバジャイロに関するものであ
る。
従来、飛しようする物体の姿勢を償出する方法として、
高速に回転するジャイロスコープの他にファイバジャイ
ロが提案されている。ファイバジャイロでは、第1図に
示すように、レーザ光源lからの光をビームスプリンタ
BS1およびBS2を介してレンズLlから単一モード
光ファイノくコの一端λAに入射させると共に、ビーム
スプリンタBS2で分割された光をレンズL2から単一
モード光フアイバ内の他端2Bに入射させて、光ファイ
バコを励振させろ。元ファイバλは回転軸に対して垂直
な面内に置くものとする。ここで、時計回り党(右回り
元)は元ファイバ2の他端2Bに入射し、光ファイバ2
を伝わった後、一端2人から放射される。一方、一端−
Aに入射された反時計回り元(左回り光〕は、他端2B
から出射するように元学糸が調整されている。元ファイ
ノくλの両端2Aおよび2Bより出射した元はビームス
プリンタBS1もしくはBS2いずれかの面上で互(・
に干渉するが、時計方向1反時計方向の互(・に逆方向
に伝ばんする光は、光7アイ/<の回転角M度Ωに応じ
て、互いに伝ばん速度に差を生じる。このような現象は
Sagnac効果として知られており、1、 J、 P
o5t @8agnac Effect ” Rav、
 of Modern Phys。
Vol、 39−コ、 ays/llり3(1967)
に詳細に記述されている。光ファイバ20両颯2Aおよ
び2Bから出射する党もこの効果による伝ばん速度差に
よって位相差Δθを生じる。かかる位相差Δθは次のよ
うに表わされる。
ここで、λは波長、Cは光速度、Aは元ファイバが囲む
面9.Nは元ファイバの巻き回数である。
このように、位相差Δθをもつ元は互いに干渉し、干渉
光の強度は回転角速度Ωに関係した形で強度変調された
ことになるため、強度情報から回転角度を検出すること
が可能になる。一方、元ファイバλから出射した後の元
の伝ばん径路のわずを経て干渉パターンF!およびF2
に示すような縞状の干渉光となることは自明である。
しかし、上述したような従来のファイバジャイロにあっ
ては、元の伝ばん径路として1本の元ファイバを用い、
かつ、単に逆方向に元を伝ばんさせるようにしたのみで
あるから、元ファイバ内に発生する散乱光(例えば、レ
ーリー散乱〕は、時計方向Sよび反時計方向に伝ばんし
て倍号元と干渉し、これが出力変動の原因になり、回転
速度検出限界を劣化させる欠点がある。
そこで1本発明の目的は、上述したような従来のファイ
バジャイロがもつ欠点を解決し、時計方向および反時計
方向に伝ばんする元の径路として、互いに実質的に異な
る径路を与えることにより、極めてゆっくりと回転する
角速度を高精度に測定することのできるファイバジャイ
ロを提供することにある。
かかる目的を達成するために、不発明は、光源からの光
を回転軸に対して垂直な面内に童かれた元ファイバに導
き、該光フアイバ内を、当該回転方向と同−右回に伝ぼ
んする元および前記回転方向とは逆方向に伝ぼんする元
を受光し、両伝ばん元の伝ばん時間の差異より回転速度
を検出するファイバジャイロにおいて、前記回転方向と
同じ方向に伝ばんする元を通過させる第1光通路と、前
記回転方向とは逆方向に伝ばんする元を通過させる、前
記第1光通路とは別個の第2光通路とを具備したことを
特徴とする。
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明ファイバジャイロの一実施例を示し、こ
こで70は時計回り元用元ファイバ、 //は反時計回
り光用光ファイバ、/2はレーサー光源。
/3は光の分岐回路、/lは光の合流回路、isはレー
ザ光源/2からのレーザ光を分岐回路13に導く集光レ
ンズ、16は合流回路/9からの出力光を集光する集光
レンズ、/7にレンズ16からの出力光を受光する光検
出器である。Fは光検出器17で得らnる干渉パターン
を示す。レーザ”/l、mlxからのレーザ光を光分岐
回路13で分岐して得た測定州党を元ファイバ10およ
びl/に導いて、これら元ファイバ10および//を励
起する。ここで、元分証回路/3において分岐されたf
t、電力は互いに同[になろように紐整する。元ファイ
バlOを時計回りに伝わる党は、角速度Ωと同じ方向に
伝わるので、吊豹端、すなわち光合流回路/ダにおいて
光の位相に、(1)式で示す大きさの%Δθだけ遅相と
なる。一方、元ファイバ/lを反時計回りに伝ばんする
光は%Δθだけ進相となるから、出射端lダにおいて、
時計回り元と反時計回り光との位相差はΔθとなり、す
なわち(1)式で示’Gnる大きさになる。ここで、光
はそれぞれ異なる元ファイバ10および//を伝ばんす
るので、一方の元ファイバ10またはll内で生じる散
乱光は他のファイバ/lまたは10中を伝ばんする光に
影響を与えない。この活果、散乱による雑音の影響は低
減されることになる。
不発明ファイバジャイロの他の実施列を第3図〜第5図
に示す。第3図は本実施例で使用するファイバの断面構
造を示し、2つのコア2/Aと27Bを同一のクランド
〃で覆って一体化したものである。このファイバは、実
質的に2本の元ファイバを使用するのと同じ効果を与え
ることができる。
第弘図は第3図の構造をもつ晃゛ファイバを用いた本発
明ファイバジャイロの回路溝底の一例を示す。
ここでは、レーザ光源12からの光を一本の単一モード
元ファイバ2?Aおよび23Bにより分肢してから分離
用光回路2F Aおよび211 Bにそnぞれ導く。
分難用光回路24IAおよび2り8から各コア2/Aお
よび2/Bを伝ばんした元は、それぞれ分離用光回路2
11 Bおよび2(l Aに導かれ、ここで2本の単一
モード元ファイバ23Bおよび25Aのそれぞnを介し
て光検出器/7に合流するように導かれる。
例えば、分隙用元回路2’l Aは、第5図のように基
板ぶに形成した個別の光導波路IAzよび27Bを有し
、こnら光導波路27Aおよび27Bを、そnぞ6%元
ファイバ23 A ′36よび25AとコアIAおよび
2/Bとに結合する。他方の分眉用元回路21 Hにつ
いてもP1様に溝底でき、元導改路により光7アイバn
 B 2よひ25Bとコア2/B8よび〃Aとン袷合す
る。
すなわち1本例では1分離回路:a Aおよび2F B
内に形成した導波路IAおよび27Bによりλつのコア
2/Aおよび2/Bの間1を私大して、入力側および出
力側の単一モード元ファイバ23に、23Bおよび25
A、25Bを結合する。ここで、分離用光回路J Aお
よび2F Bとしては、ファイバを相互に融    ′
着延伸したもの等適宜の回路を用いることができ。
その形態は限定されるものではない。
ファイバジャイロにあって他の重要な条件は。
周囲温度変化によるファイバの特性変化が誘起する位相
条件の変化であり、特に2本のファイバを利用する第2
図の例にあっては、第6図に示すよ5に、2本のファイ
バ10および//を同一の高分子(例えばナイロン)被
filXで被覆することが、時計方向および反時計方向
に伝ばんする光の伝ばん特性を同じに保つために有効で
ある。なお、第6図中のIOA%よび//Aは光ファイ
バlθおよびl/のそれぞれコアを示し、/θBおよび
I/ Bはそれぞnクランドを示す。
上記実施例に?いては、光ファイバioおよびノlとし
てコア/θAおよび//Aの軸方同に垂直な面に円対称
な構造の単一モード元ファイバを用いたが、回転速度の
測定感屁を高めるためには、光ファイバとしても長尺に
わたって@仮を保持できる単一偏波単一モード光ファイ
バもしくはi面が円対称な単一モード元ファイバを/f
i当りグル10回程度捩った元ファイバを用いることが
有効である。
単一偏波単一モード元ファイバとしては%第7図に示す
ように、5i02から成るクラフト3θ中に。
コア31を挾む両側からθ膨張係数が大きいガラス組E
 (5i02− BzOx −GeO2)もしくは小す
し゛ガラス組成(5i02− TiO2)の応力付与部
32を配置して非軸対称な応力を付与するようにしたも
の。
あるいは第1図に示すように−、コア31よりも屈折率
の低いパンコア層(7リ力層)33をコア3/を囲むよ
うに配置し、このパフフッ層33のデわリニハ円周方向
に均一な厚さをもたない図示のような長円形状のrqr
面をもつ綴膨張係数が大きいガラス組成(5i02− 
JO3−GeO2)の応力付与部3りを配置したものを
用いることができる。
第7図または第を図示の元ファイバを使用するファイバ
ジャイロにあっては、第9−に示すようた回路構成をと
るのが好適でゐる。ここで、レーザ光源/2からのレー
ザ元を偏光子Iilに通して一足方同に偏光させた元を
励振器、すなわち元分岐回路1’2により分岐させ、@
光状態を保ちながら各光ファイバIIj Aおよび11
3 Bに入射させる。元ファイバFJ Aは時計回り光
を導き1光ファイバU Bは反時計回り元を導く。これ
ら元ファイバ’13 Aおよび’13 Bを通過した元
を元合流回路件に2いて合流させて光検出器17に導く
。ここで、図示A −A 踪においては、光ファイバ’
13 Aおよび113 Bが第1θ図のように配置され
ている。元ファイバu3 A Mよびグ3Bには、第1
θ図に示す主軸方向E5%よびpyの方向に偏光した元
HE 7.が入力し、党別りが出力され〜綬る。ここで
、Xは主軸方向Exを表わしている。
以上説明したように、本発明にょnば、時計画りRよび
反時計回りに元を伝ばんさせるファイバジャイロ月光フ
ァイバを個別に設けたので、従来方法のもつ糸の複#!
すを除去することができるとともに1時計回り方向もし
くは反時計回り方向の一方に伝ばんする元が引き起J等
散乱元か池の方向に伝ばんする尤に影Cすることがなく
、高柳度に回転速度を測定することができる利点を有し
ている。1だ、本発明では、元ファイバを実質的に2本
用いるので、従来のようにビームスプリンタを使用する
必要がなく、回F6系も簡単になるとともに、測定系を
安定に保つことができる利点をも有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のファイバジャイロの構底力を示す9図、
72図は不発明ファイバジャイロの一実踊例のq成を示
す線図、第3図は不発明の池の実廊例で使用する元ファ
イバの一例を示j、fr面図、第4図は第3図示の元フ
ァイバを用いた不発−の他の実施例の構成を示す線図、
第S図はその分−月光回路の一例を示す線図、第6図〜
第r図は不発明で使用する元ファイバの3例を示すm1
面図、第9図は本発明ファイバジャイロの更に他の構既
例を示す一図、第1O図はその光ファイバの配置を示″
′f′断面図である。 l・−レーザ光源、    λ・・・元ファイバ、λA
、jB・・・元コア・イバ端部、 BSl、BSl・・・ビームスプリッタ、Ll * L
2 r Ll + L4・・・レンズ、7里+12・・
・干渉パターン、 12・・・レーザ′jt、源、    /3・−・光分
岐回路。 14t・・・元合流回路、    IK、 /6・・・
レンズ、/7・・・光検出器、     F・・・干渉
パターン、2/A、2/B・・・コア、    22・
・・クランド、2?A、27B・・・単一モード元ファ
イバ、2Llk、24!B・・・分甜用元回路、Bk、
23B・−・単一モード元ファイバ。 ぶ・・・基板、       Dk、DB・・・光導波
路、1・・・高分子被債、   /θA、//A・・・
コア、10B、//B・・・クランド、    30・
クランド。 31・・・コア、       32・・応力付与部、
33・・・バッファ層、    3グ・・・応力付与部
、4t/・・・偏光子、      り・・・光分波回
路、’13A、!3B・・・元ファイバ、  停・・・
元合流回路。 特許出願人  日本電信電話公社 一] 第1図 第2図 第6図 第7図   第S図 第9図 第10図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)光源からの元を回転軸に対して垂直な面内に置かれ
    た元ファイバに導き、該元ファイバ内を、当該回転方向
    と同一方向に伝ばんする光および前記回転方向とは逆方
    向に伝ばんする光を受光し、両伝ばん光の伝ばん時間の
    差異より回転速度を検出するファイバジャイロにおいて
    、前記回転方向と同じ方向に伝ばんする元を通過させる
    第1光通路と、前記回転方向とは逆方向に伝ばんする光
    を通過させる、前記第1光通路とは別個の第2元通路と
    を具備したことを特徴とするファイバジャイロ。 2、特許請求の範囲第1項記載のファイバジャイロに?
    いて、前記第1および第2光通路を前記光源からの光の
    波長において単一モードになる別個の2本の元ファイバ
    で構成したことを特徴とするファイバジャイロ。 3)特許請求の範囲第1項に記載のファイバジャイロに
    おいて、前記第1および第2光通路は、1つのグランド
    の中に分離して配置した2つの単一モード用のコアを有
    する元ファイバで構成し、これら2つのコア間に生じる
    相互作用が充分小さくなるようにしたことを特徴とする
    ファイバジャイロ。 4)特許請求の範囲第2項または第3項に記載のファイ
    バジャイロにおいて、前記光ファイバを高分子層で被覆
    して一体化したことを特徴とするファイバジャイロ。
JP57097576A 1982-06-09 1982-06-09 フアイバジヤイロ Pending JPS58214809A (ja)

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JP57097576A JPS58214809A (ja) 1982-06-09 1982-06-09 フアイバジヤイロ

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59610A (ja) * 1982-06-28 1984-01-05 Fujitsu Ltd 光フアイバジヤイロスコ−プ
JPS5963510A (ja) * 1982-10-02 1984-04-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 光フアイバジヤイロ
JPS61122518U (ja) * 1985-01-18 1986-08-01
FR2611897A1 (fr) * 1987-03-05 1988-09-09 Smiths Industries Plc Appareil pour mesurer une modulation de phase dans une fibre optique
JPS6442418U (ja) * 1987-09-07 1989-03-14

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