JPS5913909A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPS5913909A JPS5913909A JP57123132A JP12313282A JPS5913909A JP S5913909 A JPS5913909 A JP S5913909A JP 57123132 A JP57123132 A JP 57123132A JP 12313282 A JP12313282 A JP 12313282A JP S5913909 A JPS5913909 A JP S5913909A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- photodetector
- phase difference
- light
- phase
- Prior art date
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- Pending
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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
(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。
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。
検出を行なう光フアイバジャイロに関する。
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などの回転を用い
た機械的なジャイロスコープに比べると、回転部分がな
く、従ってその摩耗による誤差の発生もないなどの特長
があシ、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（Ｓａｇｎａｅ ）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伴う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求める方式として、既に
各種の方式が提案されている。しかし現実には温度変化
などによる光源の波長変化や光ファイバの伝送特性の変
化などの影響を受けて、位相差の零点が変化するいわゆ
るドリフトと呼ばれる誤差が大きい為に、どの方式でも
まだ充分な精度は得られていない。
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などの回転を用い
た機械的なジャイロスコープに比べると、回転部分がな
く、従ってその摩耗による誤差の発生もないなどの特長
があシ、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（Ｓａｇｎａｅ ）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伴う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求める方式として、既に
各種の方式が提案されている。しかし現実には温度変化
などによる光源の波長変化や光ファイバの伝送特性の変
化などの影響を受けて、位相差の零点が変化するいわゆ
るドリフトと呼ばれる誤差が大きい為に、どの方式でも
まだ充分な精度は得られていない。
また光フアイバジャイロは回転角速度を検出するいわゆ
るレートジャイロに相当するが、機械的なジャイロスコ
ープの場合と違って、従来知られいてる方式では一軸の
周りの回転運動しか検出できなかった。一方、具体的々
使用例を考えると、例えば航空機の姿勢制御のように二
軸の検出を必要とする場合が多く、従ってその場合には
例えばロール用とピッチ用の二組の光フアイバジャイロ
全使用することが必要で、その分高価になる欠点があっ
た。
るレートジャイロに相当するが、機械的なジャイロスコ
ープの場合と違って、従来知られいてる方式では一軸の
周りの回転運動しか検出できなかった。一方、具体的々
使用例を考えると、例えば航空機の姿勢制御のように二
軸の検出を必要とする場合が多く、従ってその場合には
例えばロール用とピッチ用の二組の光フアイバジャイロ
全使用することが必要で、その分高価になる欠点があっ
た。
そこで本発明の目的は、ドリフトの影響全排除し、かつ
−回路で二軸についての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。
−回路で二軸についての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。
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を含
む部分を、該コイルの芯軸に対してほぼ垂直な軸を回転
軸にして回転する手段全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。
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を含
む部分を、該コイルの芯軸に対してほぼ垂直な軸を回転
軸にして回転する手段全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。
この光フアイバジャイロでは、コイル状になした光ファ
イバを回転すると回転角速度の検出軸の方向を回すこと
ができるので、検出信号を交流成分として抽出できて、
直流的なドリフトの影響を除去できる。
イバを回転すると回転角速度の検出軸の方向を回すこと
ができるので、検出信号を交流成分として抽出できて、
直流的なドリフトの影響を除去できる。
さらに、その検出信号の振幅と位相から回転角速度とそ
の方位、ないしは回転軸に対して垂直な二軸の周シの回
転角速度を検出することができる。
の方位、ないしは回転軸に対して垂直な二軸の周シの回
転角速度を検出することができる。
次に図面全参照して本発明について詳細に説明する。
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。
構成を概念的に示すブロック図である。
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は端面４１から光ファイバ４に入射される
。一方線半透明鏡２で反射された成分１０３はもう一方
の端面４２から光７アイパ４に入射される。両端面４１
および４２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
と４１から出射される。この二つの出射光１０４と１０
５は共に前出の半透明鏡２に入射し、重ね合されてその
位相差に応じて、逆相成分は主に光検出器５側に、同相
成分は主に光源１側に出射される。その際半透明鏡２と
光ファイバ４の一方の端面４１の間には伝送方向によっ
て位相差を生じるファラデイ効果を利用した不可逆的な
位相差バイアス回路３が挿入されておシ、重ね合せる二
つの光の間に、静止状態の時は＃７１′９００の位相差
を生じるように設定されている。この構成でコイル状に
なした光ファイバ４を含む部分が回転駆動回路６により
、コイル芯軸に対しほぼ垂直な軸を回転軸として一定の
回転数で回転されている。
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は端面４１から光ファイバ４に入射される
。一方線半透明鏡２で反射された成分１０３はもう一方
の端面４２から光７アイパ４に入射される。両端面４１
および４２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
と４１から出射される。この二つの出射光１０４と１０
５は共に前出の半透明鏡２に入射し、重ね合されてその
位相差に応じて、逆相成分は主に光検出器５側に、同相
成分は主に光源１側に出射される。その際半透明鏡２と
光ファイバ４の一方の端面４１の間には伝送方向によっ
て位相差を生じるファラデイ効果を利用した不可逆的な
位相差バイアス回路３が挿入されておシ、重ね合せる二
つの光の間に、静止状態の時は＃７１′９００の位相差
を生じるように設定されている。この構成でコイル状に
なした光ファイバ４を含む部分が回転駆動回路６により
、コイル芯軸に対しほぼ垂直な軸を回転軸として一定の
回転数で回転されている。
第２図はこの実施例の光フアイバジャイロの動作を説明
する図面であシ、曲線（ａ）は半透明鏡で重ね合される
二つの光の間の位相差（横軸）と光検出器５に入力する
光の強度（縦軸）の関係を示している。回転角速度の検
出軸はコイル状になした光ファイバ４のコイル芯軸の方
向であるので、前記のように光ファイバを回転すると、
検出軸は回転軸の周りで回転することになる。従っであ
る方向の検出軸周りの回転運動があると、光ファイバの
回転に伴って第２図の（ｂ）に示すように９０°の位相
差バイアス点を中心に周期的に位相差が変化することに
なる。それゆえ光検出器に入力される光信号は第２図の
（ｃ）に示すように周期的に強度が変化することになる
。従って第１図においてその光信号１０６を光検出器５
で電気信号に変換し、次いで演算回路７においてその振
幅と、位相、即ち光強度が最大になる時に検出軸の向い
ている方向とを求めれば、回転角速度とその方位、ない
しは回転軸に対して垂直な二軸の周りの回転角速度を検
出することができる。
する図面であシ、曲線（ａ）は半透明鏡で重ね合される
二つの光の間の位相差（横軸）と光検出器５に入力する
光の強度（縦軸）の関係を示している。回転角速度の検
出軸はコイル状になした光ファイバ４のコイル芯軸の方
向であるので、前記のように光ファイバを回転すると、
検出軸は回転軸の周りで回転することになる。従っであ
る方向の検出軸周りの回転運動があると、光ファイバの
回転に伴って第２図の（ｂ）に示すように９０°の位相
差バイアス点を中心に周期的に位相差が変化することに
なる。それゆえ光検出器に入力される光信号は第２図の
（ｃ）に示すように周期的に強度が変化することになる
。従って第１図においてその光信号１０６を光検出器５
で電気信号に変換し、次いで演算回路７においてその振
幅と、位相、即ち光強度が最大になる時に検出軸の向い
ている方向とを求めれば、回転角速度とその方位、ない
しは回転軸に対して垂直な二軸の周りの回転角速度を検
出することができる。
その際光検器器で検出される信号は光ファイバの回転数
と同じ周波数の交流信号となるので、該周波数成分のみ
を抽出すれば良く、直流成分を必要としない。それゆえ
温度変化などによる光源の波長変化や光ファイバの伝送
特性の変化などによる直流的なドリフトがあっても、本
実施例の光フアイバジャイロではほとんどドリフトの影
響金堂けないので、精度良く二軸の周りの回転角速度を
検出することができる。
と同じ周波数の交流信号となるので、該周波数成分のみ
を抽出すれば良く、直流成分を必要としない。それゆえ
温度変化などによる光源の波長変化や光ファイバの伝送
特性の変化などによる直流的なドリフトがあっても、本
実施例の光フアイバジャイロではほとんどドリフトの影
響金堂けないので、精度良く二軸の周りの回転角速度を
検出することができる。
々お上記実施例において、検出感度と直線性を良くする
目的で９０°の位相差バイアス回路３が用いられている
が、９０°からある程度ずれていても艮く、また９０’
以外でも９０°の奇数倍であれば艮い。但し位相差のバ
イアス量によって検出される信号の極性が反転するので
、設定点に応じて検出信号の極性の反転を行なう必要が
ある。
目的で９０°の位相差バイアス回路３が用いられている
が、９０°からある程度ずれていても艮く、また９０’
以外でも９０°の奇数倍であれば艮い。但し位相差のバ
イアス量によって検出される信号の極性が反転するので
、設定点に応じて検出信号の極性の反転を行なう必要が
ある。
また上記実施例では、ＹＩＧ々どのファラデイ（Ｆａｒ
ａｄａｙ ）効果による不可逆な位相推移を用いて位相
差バイアスを行なっているが、それ以外にも音響光学変
調器を用いて適切カ波長シフトを行なう方法によっても
、所定の位相差バイアスをかけることができる。また単
にコイル状になした光ファイバを伝搬した二つの光を半
透明鏡２に入射する前にそれぞれ分岐して、互いに所要
の光路長差をつけて半透明鏡２とは別に設けた半透明鏡
で重ね合せることによっても実現できる。
ａｄａｙ ）効果による不可逆な位相推移を用いて位相
差バイアスを行なっているが、それ以外にも音響光学変
調器を用いて適切カ波長シフトを行なう方法によっても
、所定の位相差バイアスをかけることができる。また単
にコイル状になした光ファイバを伝搬した二つの光を半
透明鏡２に入射する前にそれぞれ分岐して、互いに所要
の光路長差をつけて半透明鏡２とは別に設けた半透明鏡
で重ね合せることによっても実現できる。
第３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。
構成を概念的に示すブロック図である。
この構成は第１の実施例の位相差バイアス回路の替りに
光位相変調器８を使用して発振器９の出力信号により、
光信号に微弱な位相変調をかけておき、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するものであ
る。該成分を同期検波器１０で同期検波し、次いで演算
回ｗ５７において検波信号からコイルの回転数と同じ周
波数成分全抽出し、その振幅と位相の検出が行なわれる
。この構成によっても第１の実施例と同様にドリフトの
影響なしに精度良く二軸についての回転角速度を検出で
きる。なおこの場合には位相差バイアスは不要になると
いう利゛点がある。
光位相変調器８を使用して発振器９の出力信号により、
光信号に微弱な位相変調をかけておき、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するものであ
る。該成分を同期検波器１０で同期検波し、次いで演算
回ｗ５７において検波信号からコイルの回転数と同じ周
波数成分全抽出し、その振幅と位相の検出が行なわれる
。この構成によっても第１の実施例と同様にドリフトの
影響なしに精度良く二軸についての回転角速度を検出で
きる。なおこの場合には位相差バイアスは不要になると
いう利゛点がある。
また上記の各実施例以外の検出方法を用いる場合でも本
発明のようにコイル状になした光ファイバを回転するこ
とにより、ドリフトの影響外しに精度良く二軸について
の回転角速度を検出することが可能な光フアイバジャイ
ロを構成できる。なお光ファイバの回転数は回転角速度
やドリフトの変化よシも早くする必要があるが、それら
は通常あまり早くないのでかなり任意に回転数を設定す
ることかできる。また回転する部分は光ファイバのみで
も、それ以外の部分を含んでいても良く、外部との接続
は必要に応じて電気的な方法や、光ロータリ−ジヨイン
トやフォトカップラなどの光学的方法によシ行なうこと
ができる。
発明のようにコイル状になした光ファイバを回転するこ
とにより、ドリフトの影響外しに精度良く二軸について
の回転角速度を検出することが可能な光フアイバジャイ
ロを構成できる。なお光ファイバの回転数は回転角速度
やドリフトの変化よシも早くする必要があるが、それら
は通常あまり早くないのでかなり任意に回転数を設定す
ることかできる。また回転する部分は光ファイバのみで
も、それ以外の部分を含んでいても良く、外部との接続
は必要に応じて電気的な方法や、光ロータリ−ジヨイン
トやフォトカップラなどの光学的方法によシ行なうこと
ができる。
上記各実施例では位相差の検出に、半透明鏡２で分けら
れた光信号の一方を、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光信号を分岐して検出する構成
でも同様に良い。
れた光信号の一方を、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光信号を分岐して検出する構成
でも同様に良い。
力お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
ォトダイオードなどが使用できる。
スレーザなどの単一波長のものが、また光検出器にはフ
ォトダイオードなどが使用できる。
−力先信号の分岐および構成手段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。
に各種の光方向性結合器などが使用できる。
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、少なくともコイ
ル状になした光ファイバの部分を所要の回転数で回転す
ることによシ、ドリフトの影響を受けないで精度良く、
かつ１回路で二軸についての回転角速度を検出できる光
フアイバジャイロが得られる。なおこの光ファイノジャ
イロには回転部分があるが、摩耗等があっても機械的な
ジャイロスコープと違って直接誤差の発生につながらな
いので、長寿命でかつ信頼性の高いものが得られる。
利用する光フアイバジャイロにおいて、少なくともコイ
ル状になした光ファイバの部分を所要の回転数で回転す
ることによシ、ドリフトの影響を受けないで精度良く、
かつ１回路で二軸についての回転角速度を検出できる光
フアイバジャイロが得られる。なおこの光ファイノジャ
イロには回転部分があるが、摩耗等があっても機械的な
ジャイロスコープと違って直接誤差の発生につながらな
いので、長寿命でかつ信頼性の高いものが得られる。
第１図と第３図はそれぞれ本発明の第１と第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、第２図は第１の実施例の光フアイバジャイロの動
作を示す図である。 １・・・光 源、 ２・・・半透明鏡、３・・・
位相差バイアス回路、４・・・光ファイバ、訃・・光検
出器、 ６・・・回転駆動回路、７・・・演算回
路。 第を図 第２図 ＆凭劇
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、第２図は第１の実施例の光フアイバジャイロの動
作を示す図である。 １・・・光 源、 ２・・・半透明鏡、３・・・
位相差バイアス回路、４・・・光ファイバ、訃・・光検
出器、 ６・・・回転駆動回路、７・・・演算回
路。 第を図 第２図 ＆凭劇
Claims (1)
- 光源と、光検出器と、コイル状になした光ファイバと、
前記光源の出力光全部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を含む部分を、該
コイルの芯軸に対してほぼ垂直な軸を回転軸にして回転
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57123132A JPS5913909A (ja) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57123132A JPS5913909A (ja) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5913909A true JPS5913909A (ja) | 1984-01-24 |
Family
ID=14852972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57123132A Pending JPS5913909A (ja) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5913909A (ja) |
-
1982
- 1982-07-15 JP JP57123132A patent/JPS5913909A/ja active Pending
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