JPS5913908A - Optical fiber gyro - Google Patents
Optical fiber gyroInfo
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- JPS5913908A JPS5913908A JP57123131A JP12313182A JPS5913908A JP S5913908 A JPS5913908 A JP S5913908A JP 57123131 A JP57123131 A JP 57123131A JP 12313182 A JP12313182 A JP 12313182A JP S5913908 A JPS5913908 A JP S5913908A
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- 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
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はリング干渉計を利用して光学的に回転角速度の
検出を行なう光フアイバジャイロに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical fiber gyro that optically detects rotational angular velocity using a ring interferometer.
長尺の光ファイバを光路とするリング干渉計は慣性空間
に対する回転計として作用し、光学的なジャイロスコー
プを構成できる。そして従来のローターなとの回転を用
いた機械的なジャイロスコープに比べると、回転部分の
摩耗による誤差の発生がないなどの特長があり、長寿命
でかつ信頼性の高いものが得られることからその実用化
が望まれている。その検出原理は、サグナック(Sag
nac)効果として知られているように、光フアイバ中
を逆方向に伝搬する二つの光の間に光ファイバの運動速
度に比例する伝搬時間の差が生じることに基づいている
。しかしサグナック効果によって生じる伝搬時間の差、
ないしはそれによる位相差はごくわずかであるので、か
なり長尺の光ファイバを用い、かつ位相差を精度良く計
ることが必要である。そしてそのような微弱な位相差か
ら回転角速度を検出する方式として、既に各種のものが
提案されている。しかし現実には光源の出力変動や波長
変化あるいは光ファイバの伝送損失の変化などの影響を
受けて、位相差の零点が変化するドリフト誤差と呼ばれ
る大きな誤差を生じる為に、どの方式でもまだ充分な精
度は得られていない。A ring interferometer with a long optical fiber as its optical path acts as a rotation meter for inertial space, and can constitute an optical gyroscope. Compared to conventional mechanical gyroscopes that use rotation with a rotor, they have the advantage of not causing errors due to wear of the rotating parts, and can provide long-life and highly reliable products. Its practical application is desired. The detection principle is Sagnac (Sag
Known as the nac) effect, it is based on the fact that a difference in propagation time occurs between two lights propagating in opposite directions in an optical fiber, which is proportional to the speed of movement of the optical fiber. However, the difference in propagation time caused by the Sagnac effect,
Since the phase difference caused by this is very small, it is necessary to use a fairly long optical fiber and to measure the phase difference with high precision. Various methods have already been proposed for detecting rotational angular velocity from such a weak phase difference. However, in reality, a large error called a drift error occurs in which the zero point of the phase difference changes due to the effects of light source output fluctuations, wavelength changes, and optical fiber transmission loss changes, so all methods are still insufficient. Accuracy has not been achieved.
また光フアイバジャイロはいわゆるレートジャイロに和
尚し、回転角速度しか検出できないので、方位を知る為
には、検出された回転角速度efft分して求めること
が必要である。それゆえ上記のようなドリフトがあると
算出した方位は時間と共に正しい方位からずれてしまう
ことになシ、短時間の測定にしか使用できないという難
点があった。Furthermore, since the optical fiber gyro is a so-called rate gyro and can only detect rotational angular velocity, in order to know the direction, it is necessary to calculate the detected rotational angular velocity efft. Therefore, if there is a drift as described above, the calculated orientation will deviate from the correct orientation over time, and there is a drawback that it can only be used for short-term measurements.
な検出方法は知られていな”かった。There was no known detection method.
そこで本発明の目的はドリフト量の検出が可能で、その
分の補正を行なうことによシ精度良く回転角速度を検出
できる光フアイバジャイロを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an optical fiber gyro that can detect the amount of drift and, by correcting the drift amount, can accurately detect the rotational angular velocity.
本発明によれば、光源と、光検出器と、コイル状になし
た光ファイバと、前記光源の出力光を部分して該光ファ
イバの両端から入射すると共に前記光ファイバの両端か
ら出射される二つの光を重ね合せてその位相差に応じた
強度の光信号を前記光検出器に出力する光分岐合成回路
とを有し、さらに前記コイル状になした光ファイバのコ
イル芯軸の方向を適時交互に180°反転する手段を具
備することを特徴とする光フアイバジャイロが得られる
。According to the present invention, there is provided a light source, a photodetector, a coiled optical fiber, and a portion of the output light of the light source is incident on both ends of the optical fiber and emitted from both ends of the optical fiber. an optical branching and combining circuit that superimposes two lights and outputs an optical signal with an intensity corresponding to the phase difference to the photodetector; An optical fiber gyro is obtained which is characterized in that it is equipped with means for alternately inverting the optical fiber by 180° at appropriate times.
この光フアイバジャイロは、コイル状になした光ファイ
バの部分を反転すると、検出される回転方向がサグナッ
ク効果分については反転し、ドリフト分については変化
しないこと、および通常ドリフトの変化は遅いことに基
づいていて、所要の時間間隔でコイル状になした光フア
イバ部分全反転してドリフト量を検出し、その補正を行
なうことにより、回転角速度を精度良く検出することが
できる。This optical fiber gyro has the following features: When a coiled optical fiber is reversed, the detected rotation direction is reversed for the Sagnac effect, but does not change for the drift component, and that drift usually changes slowly. The rotational angular velocity can be detected with high accuracy by completely inverting the coiled optical fiber part at a required time interval, detecting the amount of drift, and correcting it.
次に図面を参照して本発明について詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1の実施例の光フアイバジャイロの
構成を概念的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of an optical fiber gyro according to a first embodiment of the present invention.
光源1は単一波長のレーザ光源であり、その出力光10
1は半透明鏡2に入射し、その内核半透明鏡2を透過し
た成分102は音響光学変調器3において、発振器6の
出力を用いて発振周波数分だけ周波数シフトされたのち
、端面41から光ファイバ4に入射される。一方該半透
明鏡2で反射された成分103はそのままもう一方の端
面42から光ファイバ4に入射される。両端面41.4
2から入射された二つの光はコイル状になした光ファイ
バ4の中を伝搬し、それぞれ反対側の端面42゜41か
ら出射される。この二つの出射光104と105は、一
方はそのままもう一方は音響光学変調器3で周波数シフ
トされたのち、共に前記半透明鏡2に入射する。半透明
鏡2ではこの二つの光が重ね合されて、その位相差に応
じて光検出器5側と光源1側に出射される。この構成で
光検出器5の出力信号強度がある位相差に対応した所定
の値となるように発振器6の発振周波数を制御すると、
静止状態での発振周波数からの周波数変化量キリ、回転
角速度を求めることができる。なおその値の中にはドリ
フト誤差分を含んでいるが、光ファイバ4を反転駆動機
構7により6る決められた時間間隔で速やかに反転し、
補正回j168において反転の前後の検出値からドリフ
ト量を求めその補正を行なうことにより、この光フアイ
バジャイロではドリフトの影響を除くことができ、精度
良く回転角速度を検出することができる。The light source 1 is a single wavelength laser light source, and its output light 10
1 enters the semi-transparent mirror 2, and the component 102 transmitted through the inner core semi-transparent mirror 2 is frequency-shifted by the oscillation frequency using the output of the oscillator 6 in the acousto-optic modulator 3, and then is emitted from the end face 41. The light is input into the fiber 4. On the other hand, the component 103 reflected by the semi-transparent mirror 2 enters the optical fiber 4 from the other end face 42 as it is. Both end faces 41.4
The two lights incident from 2 propagate through the coiled optical fiber 4 and are emitted from opposite end faces 42 and 41, respectively. These two emitted lights 104 and 105, one of which remains unchanged, the other of which is frequency shifted by the acousto-optic modulator 3, and then both enter the semi-transparent mirror 2. In the semi-transparent mirror 2, these two lights are superimposed and emitted to the photodetector 5 side and the light source 1 side according to the phase difference. With this configuration, when the oscillation frequency of the oscillator 6 is controlled so that the output signal strength of the photodetector 5 becomes a predetermined value corresponding to a certain phase difference,
The amount of frequency change from the oscillation frequency in a stationary state and the rotational angular velocity can be determined. Although the value includes a drift error, the optical fiber 4 is quickly reversed at a predetermined time interval by the reversing drive mechanism 7,
In the correction step j168, the amount of drift is determined from the detected values before and after the reversal, and the amount of drift is corrected, thereby making it possible to eliminate the influence of drift in this fiber optic gyro and detecting the rotational angular velocity with high accuracy.
なお上記第1の実施例では位相の検出方法として半透明
鏡2で分けられた信号の一方を光検出器5で検出してい
るが、光源1側に戻るもう一方の信号を分岐して検出す
る構成でも良く、また両方の信号を検出してその出力の
比が一定となるように発振周波数を制御する構成によっ
ても、第1の実施例と同様にドリフ)f補正し精度良く
回転角速度を検出することができる。In the first embodiment described above, one of the signals separated by the semitransparent mirror 2 is detected by the photodetector 5 as a phase detection method, but the other signal that returns to the light source 1 side is branched and detected. Alternatively, a configuration in which both signals are detected and the oscillation frequency is controlled so that the ratio of their outputs is constant may be used, as in the first embodiment, to correct the drift (f) and accurately control the rotational angular velocity. can be detected.
第2図は本発明の第2の実施例の光フアイバジャイロの
構成を概念的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram conceptually showing the configuration of an optical fiber gyro according to a second embodiment of the present invention.
この構成では第1の実施例の音響光学変調器3の替シに
光位相変調器9を使用して、発振器61の出力信号によ
シ光信号に微弱な位相変調を行ない、光検出器5の出力
信号に含まれる該変調周波数成分を抽出し、同期検波器
10で同期検波することにより、はぼ回転角速度に比例
した出力が得られる。この構成においても、コイル状の
光ファイバ4を反転することによシ、第」の実施例と同
様に補正回路8でドリフトの補正を行なうことができる
。In this configuration, an optical phase modulator 9 is used in place of the acousto-optic modulator 3 of the first embodiment, and weak phase modulation is performed on the optical signal by the output signal of the oscillator 61. By extracting the modulated frequency component contained in the output signal of and synchronously detecting it with the synchronous detector 10, an output approximately proportional to the rotational angular velocity can be obtained. Even in this configuration, by inverting the coiled optical fiber 4, the correction circuit 8 can correct the drift as in the second embodiment.
なお上記の各実施例以外の検出方式を用いる場合でも、
コイル状に表した光ファイバを反転することによシ、同
様にドリフトの補正を行なうことができ、精度良く回転
角速度を検出することができる。Note that even when using a detection method other than the above embodiments,
By inverting the coiled optical fiber, drift can be similarly corrected and the rotational angular velocity can be detected with high accuracy.
また上記の各実施例はドリフト量を求め補正する構成で
あったが、回転角速度の検出値を積分して方位の変化を
求める場合には、単に反転と同時に回転角速度の検出値
の符号を逆にすることによってドリフト全灯ち消した正
確な方位の変化を求めることができる。In addition, each of the above embodiments has a configuration in which the amount of drift is determined and corrected, but when calculating the change in direction by integrating the detected value of rotational angular velocity, simply reverse the sign of the detected value of rotational angular velocity at the same time as reversal. By doing this, it is possible to determine the exact change in direction when all the lights are off during the drift.
なお反転を行なう時間間隔はドリフトの変化よシも早い
範囲で任意に設定することができ、また回転角速度が大
きい時間全還けて、回転角速度が小さい時間に反転を行
なうように制御することも可能であし、この場合反転に
伴なう誤差の発生を少なくできる。また反転する部分は
検出系全体でも光ファイバのみであっても良い。Note that the time interval for reversing can be arbitrarily set within a range that is faster than the change in drift, and it is also possible to perform control so that the rotation angular velocity is completely reversed during times when the rotational angular velocity is high, and reversal is performed during times when the rotational angular velocity is low. Yes, this is possible, and in this case, errors caused by inversion can be reduced. Further, the portion to be inverted may be the entire detection system or only the optical fiber.
上記各実施例において、光源には半導体レーザやガスレ
ーザなどの単一波長のものが、また光検出器にはフォト
ダイオードやアバランシフォトダイオードなどが使用で
きる。−刀先分岐合成回路としては半透明鏡の他に各種
の光方向性結合器などが使用できる。In each of the above embodiments, a single wavelength light source such as a semiconductor laser or a gas laser can be used as the light source, and a photodiode or avalanche photodiode can be used as the photodetector. - In addition to a semi-transparent mirror, various types of optical directional couplers can be used as the tip branching and combining circuit.
以上詳述したように、本発明によればサグナック効果を
利用する光フアイバジャイロにおいて、コイル状になし
た光ファイバの部分を所要の時間間隔で反転することで
、光源や光ファイバなどの温度等による特性変化によっ
て生じるドリフトを検出し、補正を行なうことができて
、精度良く回転角速度全検出できる光フアイバジャイロ
が得られる。As detailed above, according to the present invention, in an optical fiber gyro that utilizes the Sagnac effect, the temperature of the light source, optical fiber, etc. can be adjusted by inverting the coiled part of the optical fiber at required time intervals. An optical fiber gyro can be obtained that can detect and correct the drift caused by the change in characteristics due to , and can accurately detect the entire rotational angular velocity.
第1図および第2図はそれぞれ本発明の第1および第2
の実施例の光フアイバジャイロの構成を概念的に示した
ブロック図である。
1・・・光 源、 2・・・半透明鏡、3・・・
音響光学変調器、 4・・・光ファイバ、5・・光検出
器、 6,61・・・発振器、7・・・反転駆動機
構、 8・・・補正回路。
案 1 図1 and 2 are the first and second embodiments of the present invention, respectively.
1 is a block diagram conceptually showing the configuration of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. 1... Light source, 2... Semi-transparent mirror, 3...
Acousto-optic modulator, 4... Optical fiber, 5... Photodetector, 6, 61... Oscillator, 7... Inversion drive mechanism, 8... Correction circuit. Plan 1 Figure
Claims (1)
前記光源の出力光全二分して前記光ファイバの両端から
入射すると共に、前記光ファイバの両端から出射される
二つの光全重ね合せてその位相差に応じた強度の光信号
を前記光検出器へ出力する光分岐合成回路とを有し、さ
らに前記コイル状になした光ファイバの芯軸の方向を適
時交互に180°反転する手段を具備することを特徴と
する光フアイバジャイロ。A light source, a photodetector, a coiled optical fiber,
The output light of the light source is divided into two parts and input from both ends of the optical fiber, and the two lights emitted from both ends of the optical fiber are completely superposed, and an optical signal with an intensity corresponding to the phase difference thereof is sent to the photodetector. An optical fiber gyro comprising: a light branching/combining circuit for outputting light to the coiled optical fiber;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57123131A JPS5913908A (en) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | Optical fiber gyro |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57123131A JPS5913908A (en) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | Optical fiber gyro |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5913908A true JPS5913908A (en) | 1984-01-24 |
Family
ID=14852945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57123131A Pending JPS5913908A (en) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | Optical fiber gyro |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5913908A (en) |
-
1982
- 1982-07-15 JP JP57123131A patent/JPS5913908A/en active Pending
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