JPS60214218A - 回転角速度検出器 - Google Patents

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】 本発明は光ファイバを利用した回転角速度計に関し、特
に精度がよく、ディジタルデータ処理部とのインターフ
ェイスが容易な回転角速度計に関する。

従来、光ファイバを利用した回転角速度計としてはサグ
ナック効果による位相差を検出する方式が利用されてい
る。その基本構造を第１図に示す。

光源ｌから出射した光はハーフミラ−２で２分割され、
光フアイバループ３に右廻シ及び左廻シでそれぞれ入射
される。この右廻りの元と左廻りの光は光フアイバルー
プ３を通ったあと再びハーフミラ−２で合成され、光検
出器４で電気信号に変換される。この時、合成される右
廻υ光と左廻り光との間の位相差Δφ０は回転角速度に
比例し次式で与えられる。

Δφｏ＝４πａＬΩ／Ｃλ ここでａ：光フアイバルーズの半径、Ｌ：光フアイバル
ーズの長さ、ｃ：光速、λ：光波長、Ω：回転角速度で
ある。

この位相差を検出するために従来、多くの方式が提案さ
れているが、その一つに第２図に示す様な周波数変調方
式がある。これは右廻シの光と左廻りの光に波長差を与
え、前述した位相差ｄφ０を相殺しようとするものであ
る。光源１よυ出射しハーフミラ−２で２分された光の
うち、右廻シ光は光フアイバループ３へ入射する前に波
長変換器５で＋ｆまたけ周波数の変化が与えられ、さら
に波長変換器６で−ｆ２の周波数の変化が与えられた後
、光フアイバループに入射する。また、左廻りの光は光
フアイバルーズを出射したあと波長変換器６で−ｆ２、
さらに波長変換器５で＋ｆｌの周波数変化が与えられる
。これら互いに逆廻りに光フアイバループの中を伝播し
た光は・・−フミラー２で合成され、検出される。この
時、合成される２つの光の周波数は光源から出射しだ時
周波数をｆｏ　とすると、共に（ｆｏ＋ｆｌ　ｆｚ）で
ある。光フアイバルーズの中では右廻シの光と左廻シの
光の間の周波数差は（ｆｉ　ｆｚ）であるため、この周
波数差による伝播位相の差は Δφ１＝＝２π（ｆｌ　ｆｚ）Ｌｎ／ｃで与えられる。

ただしｎは光フアイバコアの屈折率である。この位相差
Δφｌでサグナック効果による位相差Δφ０を相殺しよ
うとすると、ｆ　１−　ｆ　２　＝　’ｌ　ａΩ／ｎλ
となシ、光検出器４に入射する合成された２つの光の位
相差が常に等しくなる様にｆｌ又はｆｚを制御すればそ
の周波数差をめる事で回転角速度Ωを測定する事ができ
る。ここで２つの波長変換器を使用しているのは、光の
周波数差（ｆｌ−ｆｚ）という周波数変化を得るためで
ある。しかし、超音波による光の回折を利用する方法で
はその周波数変化は超音波の周波数で決定されるが、実
用的なデバイスとしては、約１０ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの
間の周波数変化しか与える事ができない。

このため、回転角速度の小さい所での検出が困難である
ため第２図に示すように２つの波長変換器が使用されて
いる。

しかし、この方式では２つの波長変換器の間の距離ｅの
ために２つの周波数差（ｆ＋　ｆｚ）と回転角速度Ωと
が比例しない欠点があった。すなわち、波長変換器５，
６との間に距離ｅがあるとすれば、その間では右廻シの
光は周波数（ｆ　６＋　ｆｌ）となシ、左廻シの光は周
波数（ｆｏ−ｆｚ）となっている。このため、この間で
与えられる位相差は、Δφ２＝：２π（ｆｌ＋ｆ２）ｅ
ｉＣ となシ、位相差Δφ１と位相差Δφ２とでサグナック効
果による位相差Δφθを相殺することになる。したがっ
て次式 ％式％ を成立させることとなシ、回転角速度をめる関係が複雑
になってしまう。

本発明は、これまで説明してきた２個の波長変換器を用
いた周波数変調方式の欠点をなくすため、３個以上の波
長変換器を用いる事で回転角速度の検出を容易に行える
ようにしたものである。

第３図は本発明による実施例を示すブロック図である。

図において、波長変換器５．　６．　７でそれぞれ波長
変換されるときの光の周波数変化量は、それぞれ＋ｆ１
１　’２．　＋　ｆ’３である。まだ、波長変換器５と
６及び波長変換器６と７の間の間隙は、それぞれｅｉ、
ｇ２　である。

光源１から出射された光のうちハーフミラ−２で分割さ
れた右廻りの光は、波長変換器５を出射したおとその周
波数が（ｒｏ十ｆｔ）となり、波長変換器６及び７を通
過したあとでは、光の周波数はそれぞれ（ｒｏ＋ｆｘ＝
ｆｚ’）及びＣｆｏ十ｆｔ−ｆｇ＋ｆａ）となる。但し
ｆｏは光源を出射した光の周波数である。また、左廻シ
の光は波長変換器７．　６．　５を通過すると、光の周
波数がそれぞれ（ｆｏ＋ｆａ）。

（ｆｏ−ｆ２＋ｆ３）ｌ　（ｆｏ＋ｆｌ−ｆ２＋ｆａ）
となる。

ここで、光フアイバリング３．波長変換器７と６の間お
よび波長変換器６と５の間で与えられる位相差Δφ３．
Δφ４およびΔφ５はそれぞれ次の様に与えられる。

ΔφＢ＝４Ｗ（ｆＯ＋ｆ１−ｆ２±ｆ３−ｆｏ）ＸＬｎ
／ｃΔφ４＝２π（（ｆｏ＋ｆｔ−ｆｚ）　（ｆｏ＋ｆ
ａ月Ｘｅ２／ＣΔφｓ＝２”１（ｆｏ＋ｆｌ）−（ｆｏ
−ｆ２＋ｆａ）’）＋ｅｘ／Ｃしたがって３つの波長変
換器によって与えられた位相差Δφ３．Δφ４．Δφ５
によってサグナック効果による位相差Δφｏｔ”相殺す
るためには次式％式％） ＋（ｆｔ十ｆｚ　ｆａ）ｅｌ＝２ａＬΩ／λ　・・・・
・・■が成立する必要がある。この式によシ回転角速度
Ωを容易にめるための条件は、 （ｈ−ｆ２−ｆａ）ｅ２＋（ｆｘ＋ｆ２−ｆａ）ｇｔ＝
０−■である。さらに、Ω＝０のときには ｆｌ−ｈ＋　ｆａ　＝　Ｑ　・・・・・・■という条件
が成立すれば、周波数（（１−１２＋ｆａ）を測定する
と、その値は０式によ、９２ａΩ／ｎλとなって回転角
速度Ωに比例するから、回転角速度の測定はより容易と
なる。

また、ｅ２＝ｅ、である様に調整すると０式が成立する
ためには、 ｆｌ＝＝ｆ３　・・・・・・■ であればよく、０式に示す条件を考慮すればｆ２　＝　
ｆｌ　＋　ｆａ　＝　２　ｆｌ’内゛°■となシ、測定
はよシ容易になる。

第３図は、ｅ２＝ｇ１で０式が成立するように横取した
例で、５．　６．　７は音響光学効果を利用した回折型
の光波長変換器、８は電圧制御回路、９は発振器、１０
は入力電圧によって周波数が変化する発振器である。右
廻シ党と左廻９元は、光検出器４に入力するときにはそ
の周波数が同一であるため、仮に右廻り光と左廻シ光の
位相差がΔφであった場合には、光検出器の出力は（１
＋ｃｏｓΔφ）とな、９．ＤＣ成分で与えられる。

発振器９は、波長変換器５，７に同じ周波数の信号を供
給しており、これによって０式に示す条件を成立させて
いる。波長変換器５，７は、発振器９から供給される信
号によ勺弾性表面波を発生し、ブラッグ回折によって入
力光の周波数を弾性表面波の周波数の分だけ増加するこ
とで波長変換するものである。また波長変換器６は、発
振器１０から供給される信号によシ弾性表面波を発生し
、ブラッグ回折によって入力元の周波数を弾性表面波の
分だけ減少させるものである。

本発明では、サグナック効果による位相差を波長変換器
によって相殺する方式をとっているため、光検出器４の
出力が常に一定である様に電圧制御回路８によって発振
器１０の発振周波数を制御する。

周波数逓倍器１１は波長変換器５，７を駆動している発
振器９０周波数を２倍にする。差周波数発生器１２ｉｔ
周波数逓倍器の出力の周波数と発振器１００周波数の差
をとる。この周波数差は、前に説明した様に回転角速度
Ωに比例する。これは周波数をカンウドするだけでめる
事ができるのでディジタルデータ処理部とのインターフ
ェイスも容易である。

この様に波長変換器を３つ使用する事により、回転角速
度の検出は精度よくしかも容易に行う事ができる。

以上の説明では波長変換器を３つ使用した方式について
説明したが、サグナック効果に起因する位相差を相殺し
、しかも各波長変換器の間隙による位相差が零になる様
にするには、３つ以上の波長変換器を使用してもよいこ
とはあきらかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は光フアイバジャイロの原理を示すブロック図、
第２図は光フアイバジャイロの従来例を示すブロック図
、第３図は本発明による実施例のブロック図である。 １・・・・・・光源、２・・・・・・ハーフミラ−１３
・・・・パ光ファイバループ、４・・・・・・光検出器
、５．　６．　７・・・・・・波長変換器、８・・・・
・・電圧制御回路、９．１０・・・・・・発振器、１１
・・・・・・周波数逓倍器、１２・・・・・・差周波数
発生器。 ￥−２把

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバをリング状に設置し、前記光ファイ）＜　Ｉ
   Ｊングを右廻シ、左廻９に伝搬する同一光源からの光の
   間にサグナック効果によって発生する位相差を検出する
   回転角速度検出器に於て、前記光７アイパリングに入射
   する光あるいは前記光フアイバリングから出射した光の
   波長を変換する少なくとも３つ以上の波長変換手段を含
   み、前記３つ以上の波長変換手段によって付与される光
   の周波数の変化量に基づいてサグナック効果に起因する
   前記位相差を相殺することを特徴とする回転角速度検出
   器。