JPS5951302A - Optical fiber loop of optical fiber gyroscope - Google Patents

Optical fiber loop of optical fiber gyroscope

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Publication number
JPS5951302A
JPS5951302A JP57129447A JP12944782A JPS5951302A JP S5951302 A JPS5951302 A JP S5951302A JP 57129447 A JP57129447 A JP 57129447A JP 12944782 A JP12944782 A JP 12944782A JP S5951302 A JPS5951302 A JP S5951302A
Authority
JP
Japan
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optical fiber
loop
area
sensitivity
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP57129447A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Yoshida
健一 吉田
Takashi Yokohara
横原 恭士
Kozo Ono
公三 小野
Yoshikazu Nishiwaki
西脇 由和
Koichi Tsuno
浩一 津野
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS5951302A publication Critical patent/JPS5951302A/en
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)
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  • Gyroscopes (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the accuracy of an optical fiber gyroscope, by providing an optical fiber loop to the outer periphery of a transport mechanism such as an automobile or a vessel to widen the area of said loop. CONSTITUTION:An optical loop 3 is provided so as to surround the periphery of the roof 2 of an automobile 1 while an optical system and circuit part 4 is provided to one place in the car body so as to be spaced apart from the loop 3. In the case of a vessel, an optical fiber loop 7 is attached to the peripheral edge of a ship 6 so as to draw the loop with a wide area. In this case, the sensitivity to the speed of a rotary angle is proportional to the area of the optical fiber loop and, therefore, by widening the area of the optical fiber loop as mentioned above, the speed of the rotary angle can be detected in good sensitivity. As the result, the accuracy of an optical fiber gyroscope can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光フアイバループの面積を可能な限夛広く
し、全長の限られた光フアイバループであっても、回転
角速度の検出限界を向上させることとした光フアイバジ
ャイロの光フアイバループに係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides an optical fiber that increases the area of the optical fiber loop as much as possible and improves the detection limit of rotational angular velocity even if the optical fiber loop has a limited overall length. Concerning the gyro fiber optic loop.

第4図は光フアイバジャイロの原理を示す基本的光学系
構成図である。
FIG. 4 is a basic optical system configuration diagram showing the principle of an optical fiber gyro.

光源21から出た光は、ビームスプリッタ22で、2本
の光束に分けられる。2本の光束は、し回巻いたもので
、2本の光束は、ループの中を、時計廻り(CW )或
は反時計廻り(CaW )に通過してゆく。ループを通
抜けた光束は、ループ端から、レンズ23を通シ、ビー
ムスプリッタ22によって、再び合一されて、光検出器
26へ入射し、とこで検出される。
The light emitted from the light source 21 is split into two beams by a beam splitter 22. The two light beams are wound around each other, and the two light beams pass through the loop either clockwise (CW) or counterclockwise (CaW). The light flux that has passed through the loop passes through the lens 23 from the loop end, is combined again by the beam splitter 22, enters the photodetector 26, and is detected there.

光フアイバループが角速度Ωで回転している場合、Sa
gmc効果によって、時計廻シ、反時計廻シ光に位相差
Δθが現われる。
When the optical fiber loop is rotating with an angular velocity Ω, Sa
Due to the GMC effect, a phase difference Δθ appears between clockwise and counterclockwise light.

位相差Δθは、 4 kANΩ Δθ:  ’□    (1) で与えられる。kは光の波数、Aは光フアイバループの
面積、Cは真空中の光速、Nは光フアイバループの巻数
、Ωはル−プの回転角速度である。
The phase difference Δθ is given by 4 kANΩ Δθ: '□ (1). k is the wave number of light, A is the area of the optical fiber loop, C is the speed of light in vacuum, N is the number of turns of the optical fiber loop, and Ω is the rotational angular velocity of the loop.

(1)式は、光ファイバの素材の屈折率その他の物性定
数を全く含まない。kは光の波長によシ決まる。
Equation (1) does not include the refractive index or other physical constants of the material of the optical fiber at all. k is determined by the wavelength of light.

従来、光フアイバジャイロを装置として組上げる場合、
光学系/回路部と光フアイバループとは同一のケースの
中へ収めるのが一般であった。
Conventionally, when assembling an optical fiber gyro as a device,
Generally, the optical system/circuit section and the optical fiber loop were housed in the same case.

第5図は従来例に係る光フアイバジャイロの分解斜視図
である。
FIG. 5 is an exploded perspective view of a conventional optical fiber gyro.

何重にも巻いた光フアイバルー125が正方形のケース
27の中に収納されている。光フアイバルー125の中
の空間には、電子回路部29、及び光学系30が納めら
れている。
An optical fiber 125 wound in many layers is housed in a square case 27. An electronic circuit section 29 and an optical system 30 are housed in the space inside the optical fiber 125.

ケース27には蓋28が嵌込まれて固定しである。ケー
ス、蓋よシなる箱体は、この例では、200酊X 20
0 tlM X 40 MMである。光フアイバルーズ
の直径は2001RM以下である。
A lid 28 is fitted into the case 27 and is fixed. In this example, the box body including the case and lid is 200 x 20
0 tlM x 40 MM. The diameter of the optical fiber loose is 2001 RM or less.

光フアイバジャイロは、自動車、船舶、航空機などの輸
送機関や各種移動体の方向検出の為に広く用いる事がで
きる。
Optical fiber gyros can be widely used to detect the direction of transportation vehicles such as automobiles, ships, and aircraft, and of various moving bodies.

しかし、検出すべき角速度Ωが小さい時、充分な位相差
が生じないので、Δθを正確に検出するのは難しい。感
度が悪かったのである。
However, when the angular velocity Ω to be detected is small, a sufficient phase difference does not occur, so it is difficult to accurately detect Δθ. The sensitivity was poor.

感度を上げるためには(1)式に於て、Ωに対する比例
定数を大きくすれば良い。積AND大きくすれば良い。
In order to increase the sensitivity, it is sufficient to increase the proportionality constant for Ω in equation (1). All you have to do is increase the product AND.

巻数Nを増すと、巻数に比例して感度は向上する。光フ
ァイバの全長りは、ループの直径を一定とすると、巻数
Nに比例する。従って巻数を増加させる方法では、光フ
ァイバの長さと、感度は正比例する。
As the number of turns N increases, the sensitivity improves in proportion to the number of turns. The total length of the optical fiber is proportional to the number of turns N, assuming the loop diameter is constant. Therefore, in the method of increasing the number of turns, the length of the optical fiber and the sensitivity are directly proportional.

しかし、光ファイバの全長を大きくすると、光ファイバ
を大量に必要とするので、コスト高になる。
However, increasing the total length of the optical fiber requires a large amount of optical fiber, which increases costs.

一方面積Ai大きくしても良いわけである。巻数Nを一
定として、面積Aをm倍にすると、必要な光ファイバの
全長りは、/W倍になる。感度をm倍にする為、光フア
イバ全長りはJl−倍にするだけでよいのである。
On the other hand, the area Ai may be increased. If the number of turns N is constant and the area A is multiplied by m, the total length of the required optical fiber becomes /W times. In order to increase the sensitivity by a factor of m, the total length of the optical fiber need only be increased by a factor of Jl.

光フアイバルーズの半径をRとする。Let R be the radius of the optical fiber loose.

ループの面積Aは A  =  πR2(2) ファイバの全長りは L  =  NX2πR(3) 従って、積ANは L AN  ==:  −(4) で与えられる。全長りが一定であるとすれば、光フアイ
バジャイロの感度は、ループの半径Hに正比例する。(
4)式の意味はそういう事である。
The area A of the loop is A = πR2 (2) The total length of the fiber is L = NX2πR (3) Therefore, the product AN is given by L AN ==: - (4). Assuming that the total length is constant, the sensitivity of the fiber optic gyro is directly proportional to the radius H of the loop. (
4) That is the meaning of the expression.

また感度が同一の光フアイバジャイロでは、半径Rと全
長りの積が一定だという事になる。
Furthermore, for fiber optic gyros with the same sensitivity, the product of radius R and total length is constant.

光フアイバジャイロの感度を増すためには、ル−プの半
径を大きくするのが有効である。全長りが決まっている
場合、ループ半径をm倍にすると、巻数は17mに減る
。面積はm2倍になるので、巻数Nと面積Aの積はm倍
になる。
In order to increase the sensitivity of the optical fiber gyro, it is effective to increase the radius of the loop. If the total length is fixed, multiplying the loop radius by m reduces the number of turns to 17 m. Since the area is multiplied by m2, the product of the number of turns N and the area A is multiplied by m.

本発明は、このような着想に基いてなされたもので、光
フアイバループを対象とする輸送機関の外周に広く設置
してループ面積を広くしたところに特徴がある。
The present invention was made based on such an idea, and is characterized in that the optical fiber loop is widely installed around the outer periphery of the intended transportation vehicle to increase the loop area.

小さい箱の中に、光学系、回路部とともに光フアイバル
ープをも納めるのではなく、光フアイバループと光学系
/回路部とを分離し、光フアイバループは、自動車、船
、航空機の周縁に取付ける。
Rather than housing the optical fiber loop along with the optical system and circuit section in a small box, the optical fiber loop and the optical system/circuit section are separated, and the optical fiber loop is installed around the periphery of a car, ship, or aircraft. .

第1図は本発明の実施例に係る光フアイバジャイロの光
フアイバループを備えた自動車の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an automobile equipped with an optical fiber loop of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention.

第1図に於て、自動車1の屋根2の周囲を巡るように光
フアイバループ3が設置されている。光学系/回路部4
は、光フアイバループ3と離れて、車体内の一箇所に設
けられている。そして、回転角速度Ω又は、Ωによって
決定されるパラメータを表示部5に表示することもでき
る。
In FIG. 1, an optical fiber loop 3 is installed around the roof 2 of an automobile 1. Optical system/circuit section 4
is provided at a location within the vehicle body, apart from the optical fiber loop 3. The rotational angular velocity Ω or a parameter determined by Ω can also be displayed on the display unit 5.

第2図は船舶の例を示す略図である。船6の周縁に広い
面積のループを描いて光フアイバルー17が取付けられ
ている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a ship. An optical fiber loop 17 is attached to the periphery of the ship 6 in a wide area loop.

この他に、航空機の場合にも、機体の周囲に巡らせて、
光フアイバルーズの面積Aを可能な限シ広くとるように
する。
In addition, in the case of aircraft, it is also possible to
The area A of the optical fiber loose is made as large as possible.

第8図は光フアイバジャイロの感度をパラメー夕とし、
ファイバループ半径Rとファイバ長りとの関係を示すグ
ラフである。
Figure 8 shows the sensitivity of the optical fiber gyro as a parameter.
It is a graph showing the relationship between fiber loop radius R and fiber length.

横軸はループ半径(Crn)、縦軸は光ファイバの全長
(m)である。
The horizontal axis is the loop radius (Crn), and the vertical axis is the total length (m) of the optical fiber.

(1)式は と書きかえることができる。Equation (1) is It can be rewritten as

従来例をあげる。Let me give you a conventional example.

L=385m、 R=0.1m、 C=  8X108
n7s、。
L=385m, R=0.1m, C=8X108
n7s,.

ス=8X10  mとすると、 Δθ=20       (6) という式を得る。係数2が感度Kを与える。Δθの検出
限界は、この例でQ、3 degであった。するとΩの
限界はQ、15 deg/secとなる。
When S=8×10 m, we obtain the following formula: Δθ=20 (6). A factor of 2 gives the sensitivity K. The detection limit of Δθ was Q, 3 deg in this example. Then, the limit of Ω becomes Q, 15 deg/sec.

同じ感度に=2を得るためには、L R= 88.5 
m2であれば良い。第3図の下の反比例のグラフはこれ
を意味する。
To get the same sensitivity = 2, L R = 88.5
It is sufficient if it is m2. This is what the inverse proportion graph at the bottom of Figure 3 means.

もしもR=1mであれば、L = 88.5 mで良い
事になる。
If R = 1 m, L = 88.5 m would be sufficient.

Δθの検出限界がQ、6 degである場合も図示した
A case where the detection limit of Δθ is Q, 6 degrees is also illustrated.

この場合LR=77m2の反比例のグラフになる。In this case, the graph is inversely proportional to LR=77m2.

従来例のようにR=0.1mとすると、L = 770
 mの光ファイバが必要である。本発明のように例えば
R=1mとすると、L = 77 mでよいことになる
If R = 0.1m as in the conventional example, L = 770
m optical fibers are required. For example, if R=1 m as in the present invention, L=77 m is sufficient.

本発明の光フアイバジャイロの光ファイバ)V −ブは
、自動車、船舶、航空機などの輸送機関の外周に、広い
面積を囲むように設けられるので、短い光ファイバであ
っても、感度良く回転角速度Ωを検出することができる
。光フアイバジャイロの精度を向上させることができ、
有用な発明である。
The optical fiber (optical fiber) of the optical fiber gyro of the present invention is installed on the outer periphery of a transportation vehicle such as a car, a ship, or an aircraft so as to surround a wide area, so even if the optical fiber is short, it can be used with high sensitivity and rotational angular velocity. Ω can be detected. Can improve the accuracy of fiber optic gyro,
This is a useful invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を自動車に実施した例を示す略斜視図。 第2図は本発明を船に実施した例を示す略斜視図。 第3図は同一の感度を得るために必要な光ファイバルー
プLの長さを、ループ半径Hの函数として図示したグラ
フ。波長λ= 800 nmで、Δθの検出限界がQ、
3 deg、Ωの検出限界が0.15 deg、L R
= 38.5 m2(7)もO(A)と、八〇の検出限
界がQ、6deg、Ωの検出限界が0.15 deg 
、 L R= 77 m2のもの(B)とを示した。 第4図は光ファイバジ、ヤイロの従来例に係る基本光学
系構成図。 第5図は従来例に係る光フアイバジャイロの具体例を示
す分解斜視図。 1  ・・・・・・・・・  自   動   車2 
 ・・・・・・・・・  屋        根3 ・
・・・・・・・・ 光フアイバループ4 ・・・・・・
・・・ 光学系/回路部5  ・・・・・・・・・  
表   示   部6・・・・・・・・・船 7 ・・・・・・・・・ 光ファイバループ発  明 
 者     吉  1) 健  −−4小  野゛ 
公、□ 三      −・西  脇  由  和 津  蛤  浩  − 第1図 第2図 第4図 第5図 第1頁の続き 0発 明 者 津野浩− 大阪市此花区島屋1丁目1番3 9−
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example in which the present invention is applied to an automobile. FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example in which the present invention is implemented on a ship. FIG. 3 is a graph illustrating the length of the optical fiber loop L required to obtain the same sensitivity as a function of the loop radius H. At wavelength λ = 800 nm, the detection limit of Δθ is Q,
3 deg, Ω detection limit is 0.15 deg, L R
= 38.5 m2 (7) is also O (A), the detection limit of 80 is Q, 6 deg, the detection limit of Ω is 0.15 deg
, L R = 77 m2 (B). FIG. 4 is a diagram showing the basic optical system configuration of a conventional example of an optical fiber cable. FIG. 5 is an exploded perspective view showing a specific example of a conventional optical fiber gyro. 1 ・・・・・・・・・ Automobile 2
・・・・・・・・・ Roof 3 ・
・・・・・・・・・ Optical fiber loop 4 ・・・・・・
... Optical system/circuit section 5 ......
Display section 6... Ship 7 ...... Optical fiber loop invention
Person Yoshi 1) Ken --4 Kono゛
Public, □ 3 - Yu Nishiwaki Hiroshi Kazu - Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 5 Continued from page 1 0 Inventor Hiroshi Tsuno - 1-1-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka 9-

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] シングルモード光ファイバを巻回した光フアイバループ
と、光を2本の光束に分は又は、分けられて光フアイバ
内を通過した2光束を合一するビームスプリッタと、合
一された光の強度を検出する光検出器とよシなる光フア
イバジャイロに於て、光フアイバループは輸送機関や移
動体の外周を巡るよう設置されている事を特徴とする光
フアイバジャイロの光フアイバループ。
An optical fiber loop wound with a single-mode optical fiber, a beam splitter that splits the light into two beams, or a beam splitter that combines the two beams that have been split and passed through the optical fiber, and the intensity of the combined light. In optical fiber gyros, which are similar to photodetectors for detecting
JP57129447A 1982-07-23 1982-07-23 Optical fiber loop of optical fiber gyroscope Pending JPS5951302A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0512276A2 (en) * 1991-05-02 1992-11-11 Atlas Elektronik Gmbh Method and means to measure the orientation of a vehicle
CN101915576A (en) * 2010-07-13 2010-12-15 皮亚斌 Optical fiber loop for optical fiber gyroscope

Cited By (3)

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