JPS6078314A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPS6078314A JPS6078314A JP58186599A JP18659983A JPS6078314A JP S6078314 A JPS6078314 A JP S6078314A JP 58186599 A JP58186599 A JP 58186599A JP 18659983 A JP18659983 A JP 18659983A JP S6078314 A JPS6078314 A JP S6078314A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- modulation
- output
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- phase
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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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2817—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using reflective elements to split or combine optical signals
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- Electromagnetism (AREA)
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
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- Gyroscopes (AREA)
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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】
〔技術分野〕
本発明は光を使って回転角速度を検出する光フアイバジ
ャイロ、特に位相変調方式の光フアイバジャイロの特性
向上に関する。
ャイロ、特に位相変調方式の光フアイバジャイロの特性
向上に関する。
光フアイバジャイロはＳａｇｎａｃ 効果を利用して角
速度をめるものである。
速度をめるものである。
第１図は光フアイバジャイロの原理を示す光学系構成図
である。
である。
発光素子ｌから出た単一波長λの光は、ビームスプリッ
タ２で２本の光線に分割され、結合レンズ３，４．を経
て、単一モード光ファイバを多数回巻回した光フアイバ
ループ５の、Ａ、Ｂ端に入射する。それぞれの光は時計
廻り（ＣＷ）光、及び反時計廻り光（ＣＣＷ）として、
光フアイバループ５の中を、互に反対方向へ伝搬する。
タ２で２本の光線に分割され、結合レンズ３，４．を経
て、単一モード光ファイバを多数回巻回した光フアイバ
ループ５の、Ａ、Ｂ端に入射する。それぞれの光は時計
廻り（ＣＷ）光、及び反時計廻り光（ＣＣＷ）として、
光フアイバループ５の中を、互に反対方向へ伝搬する。
光フアイバループ５から出射された光は結合レンズ４・
、３を通り、ビームスプリッタ２′で合一され、干渉波
となって受光素子６へ入射し、光強度が検出される。
、３を通り、ビームスプリッタ２′で合一され、干渉波
となって受光素子６へ入射し、光強度が検出される。
ＣＷ光とＣＣＷ光は、原理的に光路差は存在しない。従
って、光フアイバループを伝搬して、ビームスプリッタ
で両者が合一したとき、位相差はない。
って、光フアイバループを伝搬して、ビームスプリッタ
で両者が合一したとき、位相差はない。
もしも、光フアイバループ５が回転していればＣＷ光と
ＣＣＷ光の光路差が生じる。光路差は、位相差となって
現われるから、これによって光フアイバループ５の回転
角速度Ωをめることができる。
ＣＣＷ光の光路差が生じる。光路差は、位相差となって
現われるから、これによって光フアイバループ５の回転
角速度Ωをめることができる。
光の波長をλ、光フアイバループの囲む全面積をＡ、光
速をＣとすると、ＣＷ光とＣＣＷ光の位相差△０は、 によって、Ωと関係づけられる。
速をＣとすると、ＣＷ光とＣＣＷ光の位相差△０は、 によって、Ωと関係づけられる。
時計廻り、反時計廻り光の受光素子６の位置に於ける振
幅をＥｒ、 Ｅ、とすると、両者に位相差△θがあるの
で、受光素子６の出力Ｉは、 １ ＝ Ｅｒ” ＋ Ｅ７ ＋ ２ ＥｒＥ、 ｃｏｓ
△θ （２）によって与えられる。受光素子６の出力か
らΔθをめ、目的のΩを計算する事ができる。
幅をＥｒ、 Ｅ、とすると、両者に位相差△θがあるの
で、受光素子６の出力Ｉは、 １ ＝ Ｅｒ” ＋ Ｅ７ ＋ ２ ＥｒＥ、 ｃｏｓ
△θ （２）によって与えられる。受光素子６の出力か
らΔθをめ、目的のΩを計算する事ができる。
しかし、このままでは△θのＣＯ８の形での出力となり
、微小回転域での感度が悪い、右回転と左回転で同じ出
力になり、回転方向の判別が不可能等の問題がある。こ
れらの問題を解決するために７ｒ／２の位相バイア；ζ
を与えてｓｉｎΔθの形での出力が種々考案されており
、その中に位相変調方式がある。
、微小回転域での感度が悪い、右回転と左回転で同じ出
力になり、回転方向の判別が不可能等の問題がある。こ
れらの問題を解決するために７ｒ／２の位相バイア；ζ
を与えてｓｉｎΔθの形での出力が種々考案されており
、その中に位相変調方式がある。
以下、位相変調方式について説明する。これは第２図に
示すようにＣＷ光、ＣＣＷ光に対してｓｉｎωｎｔの位
相変調をすることである。ファイバ長をり、屈折率をｎ
として光の通過時間τ［ｓｅｃ ’］と位相変調の位相
のｃｗ、ｃｃｗ用の位相差φ［：ｒａｄ）をめると次式
となる。
示すようにＣＷ光、ＣＣＷ光に対してｓｉｎωｎｔの位
相変調をすることである。ファイバ長をり、屈折率をｎ
として光の通過時間τ［ｓｅｃ ’］と位相変調の位相
のｃｗ、ｃｃｗ用の位相差φ［：ｒａｄ）をめると次式
となる。
τ−匹〔ｓｅｃ ） （３） 祭妄せ
φ−ωτ−ｎＬ０ｍ−２“ｆｍｎＬ（４）ｍ７ ｃ
位相変調の結果ＣＷ光、ＣＣＷ光は次のようになるので
、これらを２乗検波すればよい。
、これらを２乗検波すればよい。
Δθ
ＣＷ ： ５ｉｎ（ωｔ ＋ ２ ） −光検出器にお
ける２乗検波をめると次のようになる。ただしξ−２ｂ
ｓｉｎ’ Ｓ （Δ０． ｔ）−Ｅ、ｓｉｎ （ωｔ＋Ｆｂ ｓ＋
ｎ （”ｒｒ＋ｔ＋ト＋Ｅ２ｓｉｎ（んｔイ＋ｂ ｓｉ
ｎ （％、ｔ −Ｔ） ）−ｙ（Ｅ７＋Ｅ：）＋２ Ｅ
、Ｅ、ｓｉｎ （ωｔ＋Ｖ＋ｂｓｉｎ 輪＋Ｇ） １ｓ
ｉｎｆωｔ −−＋ｂｓ＋ｎ （Ｓｔ−Ｈ） １＝ −
Ｆ（Ｅ、”＋Ｅ２”） ＋Ｅ 、Ｅ２ｃｏｓ 〔△θ＋
ｂ（ｓｉｎ（ωｍｔ＋４）＝２ （昭＋晴＋Ｅ、Ｅ２［
ｃｏｓΔＯｃｏｓ （２ｂＳＩｎｙ’ ＣｏＳω□１）
−ｓｉｎ△θ゛ｓｉｎ （２ｂ ５ＩｎｙＣＯ８ωｍｔ
）＋（２〜を以り、 （Ｅ、 ＋Ｅ：）＋ （２ω品以
上）十Ｅ１Ｅ２（Ｊｏ（ξ）＋２Σ。−１（−１）ｎＪ
２ｎ（ξ） ＣＯ８２ｎ 輻ｔ ｌ・ｃｏｓΔθ＋Ｅ、
Ｅ２［２Σ （１）ｎｈｎ＋＋（ξ）・−０ ｃｏｓ （２ｎ＋、１）ωｍｔ）−ｓｉｎ△θ−売（Ｅ
、”＋Ｅ、７）＋ （２ω□以上の成分） （ＤＣＣオ
フセラ分）＋ Ｅ、Ｅ２Ｊｏ （２ｂ ５ｉｒ４）−ｃ
ｏｓ△θ、、（ＤＣのレベル信号分）＋ ２ Ｅ、Ｅ２
Ｊｌ（２ｂ ５ｉｎ８） −ｃｏｓ幅ｔ −ｓｉｎ△
θ・・・（ω□の信号分） これから信号を含むωｍｔの成分のみについては２Ｅ、
Ｅ２Ｊ、（２ｂｓｉｎ （πｆｍす〕とかける。この方
法では、■変調度す、■変調周波数 ｆｍ、■ファイバ
長し−（Ｔ、を適当に選ぶことにより、Ｊｌ（ξ）の値
を最大化することができ、ξ−２ｂｓｉｎ（πｆｍτ）
＝］、８でＪ、（ξ）は最大となり、Ｓ（Δθ、１）も
最大となり、Δθひいては目的のΩが精度よく測定でき
るようにな光ファイバを変形させ、内部の伝搬光の位相
を変化させる方法、電気光学結晶中を光を伝搬させ、外
部電界によってその屈折率を変化することによって位相
を変化させる方法等が行なわれている。
ける２乗検波をめると次のようになる。ただしξ−２ｂ
ｓｉｎ’ Ｓ （Δ０． ｔ）−Ｅ、ｓｉｎ （ωｔ＋Ｆｂ ｓ＋
ｎ （”ｒｒ＋ｔ＋ト＋Ｅ２ｓｉｎ（んｔイ＋ｂ ｓｉ
ｎ （％、ｔ −Ｔ） ）−ｙ（Ｅ７＋Ｅ：）＋２ Ｅ
、Ｅ、ｓｉｎ （ωｔ＋Ｖ＋ｂｓｉｎ 輪＋Ｇ） １ｓ
ｉｎｆωｔ −−＋ｂｓ＋ｎ （Ｓｔ−Ｈ） １＝ −
Ｆ（Ｅ、”＋Ｅ２”） ＋Ｅ 、Ｅ２ｃｏｓ 〔△θ＋
ｂ（ｓｉｎ（ωｍｔ＋４）＝２ （昭＋晴＋Ｅ、Ｅ２［
ｃｏｓΔＯｃｏｓ （２ｂＳＩｎｙ’ ＣｏＳω□１）
−ｓｉｎ△θ゛ｓｉｎ （２ｂ ５ＩｎｙＣＯ８ωｍｔ
）＋（２〜を以り、 （Ｅ、 ＋Ｅ：）＋ （２ω品以
上）十Ｅ１Ｅ２（Ｊｏ（ξ）＋２Σ。−１（−１）ｎＪ
２ｎ（ξ） ＣＯ８２ｎ 輻ｔ ｌ・ｃｏｓΔθ＋Ｅ、
Ｅ２［２Σ （１）ｎｈｎ＋＋（ξ）・−０ ｃｏｓ （２ｎ＋、１）ωｍｔ）−ｓｉｎ△θ−売（Ｅ
、”＋Ｅ、７）＋ （２ω□以上の成分） （ＤＣＣオ
フセラ分）＋ Ｅ、Ｅ２Ｊｏ （２ｂ ５ｉｒ４）−ｃ
ｏｓ△θ、、（ＤＣのレベル信号分）＋ ２ Ｅ、Ｅ２
Ｊｌ（２ｂ ５ｉｎ８） −ｃｏｓ幅ｔ −ｓｉｎ△
θ・・・（ω□の信号分） これから信号を含むωｍｔの成分のみについては２Ｅ、
Ｅ２Ｊ、（２ｂｓｉｎ （πｆｍす〕とかける。この方
法では、■変調度す、■変調周波数 ｆｍ、■ファイバ
長し−（Ｔ、を適当に選ぶことにより、Ｊｌ（ξ）の値
を最大化することができ、ξ−２ｂｓｉｎ（πｆｍτ）
＝］、８でＪ、（ξ）は最大となり、Ｓ（Δθ、１）も
最大となり、Δθひいては目的のΩが精度よく測定でき
るようにな光ファイバを変形させ、内部の伝搬光の位相
を変化させる方法、電気光学結晶中を光を伝搬させ、外
部電界によってその屈折率を変化することによって位相
を変化させる方法等が行なわれている。
このような位相変調器において、ξ−１，８を得るため
に、変調周波数ｆｍおよび変調度すを適当に選択する必
要がある。ところが同一周波数、一定電圧で駆動してい
ても変調器の温度特性等によって変調度すが変化するこ
とがある。ｂの変化でξが変化すと、Ｌ（ξ）の変化が
起こり、同一角速度に対する出力の変化（スケールファ
クタの変化）が起こる。これは光フアイバジャイロの測
定精度向」−のためには大きな問題である。
に、変調周波数ｆｍおよび変調度すを適当に選択する必
要がある。ところが同一周波数、一定電圧で駆動してい
ても変調器の温度特性等によって変調度すが変化するこ
とがある。ｂの変化でξが変化すと、Ｌ（ξ）の変化が
起こり、同一角速度に対する出力の変化（スケールファ
クタの変化）が起こる。これは光フアイバジャイロの測
定精度向」−のためには大きな問題である。
本発明は前記の問題点を解決する新たな手段を提供する
ものであり、高精度の光フアイバジャイロを可能にする
ものである。
ものであり、高精度の光フアイバジャイロを可能にする
ものである。
以下本発明の説明を第３図に従って行なう。
第３図において、光フアイバループ５がらの出射光をハ
ーフミラ−２で合成する前にハーフミラ−７，８で分離
して、それぞれの強度を受光素子９゜１０で受光する。
ーフミラ−２で合成する前にハーフミラ−７，８で分離
して、それぞれの強度を受光素子９゜１０で受光する。
ハーフミラ−７，８の挿入によって前記の（５）式は次
のようになる。
のようになる。
ｓ／ （△θ、ｔ） −、（Ｅ、＋Ｅ、ｊ）＋−Ｅ、Ｅ
２］ｏ （２ｂｓ＋ｎ−Ｈ）ｃｏｓΔθ−Ｉ−ＥＩＥ２
Ｊ１ （２ｂ ｓｉｎｇ） ｃｏｓ ｏＪｒｎｔ −ｓ
ｉｎ△θ （６）受光素子９，１０の出力はそれぞれＢ
、２ 、 Ｂ：であり、加算器１３によってＥＦ十Ｅ、
９を得る。さらに２倍減衰器１４を通すと８（Ｅ、２＋
Ｅ２”）となる。これと（６）式の直流成分７（Ｅ７
＋Ｅ：）＋ＨＥ＋Ｅｚ Ｊｏ （２ｂｓｉｎＨ） ＣＯ
９Δθのみをローパスフィルター２でとり出したイ直と
を比較器１５で比較する。１２の出力が１４・の出力、
φ と同じであれば−Ｅ＋Ｅ２ＪＯ（２ｂｓ＋ｎ−Ｈ）ｃｏ
ｓ△θはＯである。
２］ｏ （２ｂｓ＋ｎ−Ｈ）ｃｏｓΔθ−Ｉ−ＥＩＥ２
Ｊ１ （２ｂ ｓｉｎｇ） ｃｏｓ ｏＪｒｎｔ −ｓ
ｉｎ△θ （６）受光素子９，１０の出力はそれぞれＢ
、２ 、 Ｂ：であり、加算器１３によってＥＦ十Ｅ、
９を得る。さらに２倍減衰器１４を通すと８（Ｅ、２＋
Ｅ２”）となる。これと（６）式の直流成分７（Ｅ７
＋Ｅ：）＋ＨＥ＋Ｅｚ Ｊｏ （２ｂｓｉｎＨ） ＣＯ
９Δθのみをローパスフィルター２でとり出したイ直と
を比較器１５で比較する。１２の出力が１４・の出力、
φ と同じであれば−Ｅ＋Ｅ２ＪＯ（２ｂｓ＋ｎ−Ｈ）ｃｏ
ｓ△θはＯである。
Ｊｏ（２ｂｓｉｎ−Ｈ） ＝０となるのは２ ｂ ５ｉ
ｎｆｉ’：２．５であり、このとき、Ｊｌ （２ｂ ５
ｉｎ４−）Ｔｈ０．５となり、Ｊｌ （２ｂ ｓｉｎ
Ｔ）の最大値（＝’０．５５ ）で使用する場合に比べ
て出力の低下は１０％程度である。
ｎｆｉ’：２．５であり、このとき、Ｊｌ （２ｂ ５
ｉｎ４−）Ｔｈ０．５となり、Ｊｌ （２ｂ ｓｉｎ
Ｔ）の最大値（＝’０．５５ ）で使用する場合に比べ
て出力の低下は１０％程度である。
、 φ φ
Ｊｏ（２ｂｓ＋ｎ−Ｈ）＝ ０は２ｂ ｓ＋ｎ−ｚ＝２
．５ によって得られ、ｂおよびφによってこの値は決
定される。ｂは変調度であり、発振器１６の電圧に依存
し、φは周波数に依存する。圧電振動子を利用した位相
変調器では一般にその共振周波数で使用するため、φφ このときＪｔ （２ｂｓ＋ｎＨ）は常に一定値（＝０５
）に保たれており、（６）式第三項から位相変調器の温
度特性等によるスケールファクタの変動を除去できる。
．５ によって得られ、ｂおよびφによってこの値は決
定される。ｂは変調度であり、発振器１６の電圧に依存
し、φは周波数に依存する。圧電振動子を利用した位相
変調器では一般にその共振周波数で使用するため、φφ このときＪｔ （２ｂｓ＋ｎＨ）は常に一定値（＝０５
）に保たれており、（６）式第三項から位相変調器の温
度特性等によるスケールファクタの変動を除去できる。
本発明により位相変調器の温度特性等による変調度の変
化で起とるスケールファイフタの変動が抑えられ、高精
度な光フアイバジャイロが実現できる。
化で起とるスケールファイフタの変動が抑えられ、高精
度な光フアイバジャイロが実現できる。
第１図は光フアイバジャイロの原理を示す光学構成図、
第２図は位相変調方式を説明するための図、第３図は本
発明を説明するための図である。 図中 １：光 源 ２、７．８ ：ハーフミラー ３．４．：レンズ ５：ファイバループ ６、９．１０ ：受光素子 ｌｌ：位相変調器 １２：ローパスフィルタ １３：加算器 １４：ｚ倍減衰器 １５：比較器 大１図 Ｗ２目 芳３閏
第２図は位相変調方式を説明するための図、第３図は本
発明を説明するための図である。 図中 １：光 源 ２、７．８ ：ハーフミラー ３．４．：レンズ ５：ファイバループ ６、９．１０ ：受光素子 ｌｌ：位相変調器 １２：ローパスフィルタ １３：加算器 １４：ｚ倍減衰器 １５：比較器 大１図 Ｗ２目 芳３閏
Claims (1)
- （１）伝搬光の位相を正弦波的に変化させる位相変調器
を使用する位相変調方式光フアイバジャイロにおいて、
受光素子出力中の直流成分が一定値になるように位相変
調器への印加電圧をフィードバック式に調整することに
より、常に高感度を得る変調度を保持することを特徴と
する整柑妾弁＃廊光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58186599A JPH0718707B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58186599A JPH0718707B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6078314A true JPS6078314A (ja) | 1985-05-04 |
| JPH0718707B2 JPH0718707B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=16191374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58186599A Expired - Lifetime JPH0718707B2 (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0718707B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5455676A (en) * | 1993-02-24 | 1995-10-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of detecting a signal and modulation coefficient of a phase-modulated fiber-optic gyroscope based on a difference in the duration of multiple subwaves in a modulation period |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58500458A (ja) * | 1981-03-31 | 1983-03-24 | ザ・ボ−ド・オブ・トラスティ−ズ・オブ・ザ・レランド・スタンフォ−ド・ジュニア・ユニバ−シティ | 光ファイバ回転センサ |
-
1983
- 1983-10-04 JP JP58186599A patent/JPH0718707B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58500458A (ja) * | 1981-03-31 | 1983-03-24 | ザ・ボ−ド・オブ・トラスティ−ズ・オブ・ザ・レランド・スタンフォ−ド・ジュニア・ユニバ−シティ | 光ファイバ回転センサ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5455676A (en) * | 1993-02-24 | 1995-10-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of detecting a signal and modulation coefficient of a phase-modulated fiber-optic gyroscope based on a difference in the duration of multiple subwaves in a modulation period |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0718707B2 (ja) | 1995-03-06 |
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