JPS61117412A - 位相変調方式光フアイバジヤイロ - Google Patents
位相変調方式光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPS61117412A JPS61117412A JP59238616A JP23861684A JPS61117412A JP S61117412 A JPS61117412 A JP S61117412A JP 59238616 A JP59238616 A JP 59238616A JP 23861684 A JP23861684 A JP 23861684A JP S61117412 A JPS61117412 A JP S61117412A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- sensor coil
- speed
- phase modulation
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は、光ファイバジャイロに関するものであり、更
に詳述するならば、位相変調方式光ファイバジャイロに
関するものである。
に詳述するならば、位相変調方式光ファイバジャイロに
関するものである。
従来の技術
現在、航空機、飛しょう体、自動車、ロボットなどのナ
ビゲーションや姿勢制御のための角速度センサとしてジ
ャイロが使用されるでいる。このジャイロを使用すれば
、角速度たけでなく、それを積分することによりのデー
タも得ることができる。
ビゲーションや姿勢制御のための角速度センサとしてジ
ャイロが使用されるでいる。このジャイロを使用すれば
、角速度たけでなく、それを積分することによりのデー
タも得ることができる。
そのようなジャイロの中で、光ファイバジャイロは、可
動部が全くなく且つ小型化が可能であり、更に、最小検
出可能角速度（感度）、ドリフト、画側範囲（ダイナミ
ックレンジ）、スケールファクタの安定性の点において
、従来のジャイロに比較して優れているために、近年注
目され開発されている。
動部が全くなく且つ小型化が可能であり、更に、最小検
出可能角速度（感度）、ドリフト、画側範囲（ダイナミ
ックレンジ）、スケールファクタの安定性の点において
、従来のジャイロに比較して優れているために、近年注
目され開発されている。
′ そのような光ファイバジャイロの例は、例えば、Ｇ
ｉａｌｌｏｒｅｎｚｉ Ｔ、Ｇ、、 Ｂｕｃａｒｏ Ｊ
、Ａ、ｅｔ ａｌ、 ”０ｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ ５
ｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ″、 ＩＥＥＥ
Ｊ、ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＢｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
０８−１８． Ｎｏ、４． ｐｐ６２６−６６２． （
１９８２）やＣｕｌｓｈａｗ ａｎｄ ’１．Ｐ、Ｇ１
１ｅｓ ”Ｆｉｂｅｒ ０ｐｔｉｃ Ｇｙｒｏｓｃｏ
ｐｅｓ”Ｊ、 Ｐｈｙｓ、 Ｂ ：Ｓｃｉ、 Ｉｎｓ
ｔｒｕｍ、、 １６． ｐｐ５−１５． （１９８３）
や、呼側、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザ
研究、 １１． Ｎｏ、１２． ｐｐ８８９−９０２
（１９８３）などに詳しく示されている。
ｉａｌｌｏｒｅｎｚｉ Ｔ、Ｇ、、 Ｂｕｃａｒｏ Ｊ
、Ａ、ｅｔ ａｌ、 ”０ｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ ５
ｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ″、 ＩＥＥＥ
Ｊ、ｏｆ ＱｕａｎｔｕｍＢｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
０８−１８． Ｎｏ、４． ｐｐ６２６−６６２． （
１９８２）やＣｕｌｓｈａｗ ａｎｄ ’１．Ｐ、Ｇ１
１ｅｓ ”Ｆｉｂｅｒ ０ｐｔｉｃ Ｇｙｒｏｓｃｏ
ｐｅｓ”Ｊ、 Ｐｈｙｓ、 Ｂ ：Ｓｃｉ、 Ｉｎｓ
ｔｒｕｍ、、 １６． ｐｐ５−１５． （１９８３）
や、呼側、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザ
研究、 １１． Ｎｏ、１２． ｐｐ８８９−９０２
（１９８３）などに詳しく示されている。
光ファイバジャイロには、位相バイアス方式、位相変調
方式、周波数変調方式などがあるが、その中で、最小検
出可能角速度及びドリフトの点で最も優れているものが
、位相変調方式光ファイバジャイロである。
方式、周波数変調方式などがあるが、その中で、最小検
出可能角速度及びドリフトの点で最も優れているものが
、位相変調方式光ファイバジャイロである。
そこで、第２図を参照して、その位相変調方式光ファイ
バジャイロの原理を説明する。
バジャイロの原理を説明する。
発光素子ｌＯからのレーザ光は、ビームスプリッタ１２
により２つに分けられ、結合レンズ１４及び１６を介し
て、光ファイバ１８の両端に結合される。その光ファイ
バ１８は、センサコイル２０を構成するように巻回され
た部分と、ピエゾ素子のような圧電振動素子２２に巻き
付けられた部分２４とに分けられている。そして、光フ
ァイバの両端から結合された光は、それぞれ、光ファイ
バのセンサコイル２０内を右回りと左回りに伝搬し、反
対側の端部より出射し、ビームスプリッタ１２により合
成されて受゛光素子２６に入射する。
により２つに分けられ、結合レンズ１４及び１６を介し
て、光ファイバ１８の両端に結合される。その光ファイ
バ１８は、センサコイル２０を構成するように巻回され
た部分と、ピエゾ素子のような圧電振動素子２２に巻き
付けられた部分２４とに分けられている。そして、光フ
ァイバの両端から結合された光は、それぞれ、光ファイ
バのセンサコイル２０内を右回りと左回りに伝搬し、反
対側の端部より出射し、ビームスプリッタ１２により合
成されて受゛光素子２６に入射する。
レーデ光がセンサコイル２０を伝搬するとき、センサコ
イル２０が回転を受けていると、右回り光と左回り光と
に、いわゆるサニヤック効果により、位相差Δθができ
、その位相差はセンサコイル２０の受けている回転角速
度に比例している。一方、光ファイバは、圧電振動素子
２２に巻き付けられた部分において、圧電振動素子２２
の伸縮に応じて光ファイバ長さが変化する。
イル２０が回転を受けていると、右回り光と左回り光と
に、いわゆるサニヤック効果により、位相差Δθができ
、その位相差はセンサコイル２０の受けている回転角速
度に比例している。一方、光ファイバは、圧電振動素子
２２に巻き付けられた部分において、圧電振動素子２２
の伸縮に応じて光ファイバ長さが変化する。
かくして、受光素子２４の出力の交流成分Ｖｄは、Ｖｄ
＝ Ｃ＋５ｉｎ（２ｒｒ ｆ ｐｔ）ｓｉｎ（Δθ’
） −−（１）但し、Δθ＝ｃ２ＤＬΩ Ｃ１、Ｃ２：定数 Ｄ：センサコイルの直径 Ｌ：センサコイルのファイバ長 Ω：センサコイルが受ける回転角速度 ｆｐ：圧電振動素子の変調周波数 ｔ：時間 となる。従って、圧電振動素子の変調周波数ｆｐで同期
検波すると、その検波で得れる出力■０はＶｏ＝Ｃ３ｓ
ｉｎ Δθ ＝Ｃａｓｉｎ（Ｃ２Ｄ ＬΩ） −・−・（２）但し、
Ｃ３：定数 となる。すなわち、位相変調方式光ファイバジャイロに
おいては、圧電振動素子の変調周波数ｆｐ成分の振幅か
ら回転角速度に比例する量Δθを検出することができる
。
＝ Ｃ＋５ｉｎ（２ｒｒ ｆ ｐｔ）ｓｉｎ（Δθ’
） −−（１）但し、Δθ＝ｃ２ＤＬΩ Ｃ１、Ｃ２：定数 Ｄ：センサコイルの直径 Ｌ：センサコイルのファイバ長 Ω：センサコイルが受ける回転角速度 ｆｐ：圧電振動素子の変調周波数 ｔ：時間 となる。従って、圧電振動素子の変調周波数ｆｐで同期
検波すると、その検波で得れる出力■０はＶｏ＝Ｃ３ｓ
ｉｎ Δθ ＝Ｃａｓｉｎ（Ｃ２Ｄ ＬΩ） −・−・（２）但し、
Ｃ３：定数 となる。すなわち、位相変調方式光ファイバジャイロに
おいては、圧電振動素子の変調周波数ｆｐ成分の振幅か
ら回転角速度に比例する量Δθを検出することができる
。
上記式（２）かられかるように、Ωが比較的小さな範囲
において、角速度を求めることができる。
において、角速度を求めることができる。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、位相変調方式光ファイバジャイロにあっ
ては、上記式かられかるように、Δθ（＝ Ｃ２Ｄ Ｌ
Ω）が±π／２に近ずくと、それに伴い、Δθの変化に
対するＶｏの変化が小さくなり、実用上測定が困難にな
る。
ては、上記式かられかるように、Δθ（＝ Ｃ２Ｄ Ｌ
Ω）が±π／２に近ずくと、それに伴い、Δθの変化に
対するＶｏの変化が小さくなり、実用上測定が困難にな
る。
このように従来の位相変調方式光ファイバジャイロは、
ダイナミックレンジが狭い問題があった。
ダイナミックレンジが狭い問題があった。
そこで、本発明は、最小検出可能角速度及びドリフトな
どの点で最も優れているにもかかわらすダイナミックレ
ンジが原理上狭い位相変調方式光ファイバジャイロに、
実用上必要なダイナミックレンジを与えるようとするも
のである。
どの点で最も優れているにもかかわらすダイナミックレ
ンジが原理上狭い位相変調方式光ファイバジャイロに、
実用上必要なダイナミックレンジを与えるようとするも
のである。
問題点を解決するための手段
すなわち、本発明によるならば、コイル直径または総フ
ァイバ長が異なる低速用センサコイルと高速用センサコ
イルとを有し、前記低速用センサコイル及び前記高速用
センサコイルは、それぞれ、その途中に位相変調素子が
設けられてふり、その両端から光が結合され且つその両
端から光を出力するようになされており、それら低速用
センサコイル及び高速用センサコイルからの出力光のい
ずれか一方から角速度が検出されることを特徴とする位
相変調方式光ファイバジャイロが提供される。
ァイバ長が異なる低速用センサコイルと高速用センサコ
イルとを有し、前記低速用センサコイル及び前記高速用
センサコイルは、それぞれ、その途中に位相変調素子が
設けられてふり、その両端から光が結合され且つその両
端から光を出力するようになされており、それら低速用
センサコイル及び高速用センサコイルからの出力光のい
ずれか一方から角速度が検出されることを特徴とする位
相変調方式光ファイバジャイロが提供される。
作用
以上のような位相変調方式光ファイバジャイロにおいて
は、コイル直径または総ファイバ長が異なる低速用セン
サコイルと高速用センサコイルとが設けられているので
、両方の八〇（＝Ｃ，ＤＬΩ）が−緒に±π／２に近ず
くことはなく、常にいずれか一方のΔθは±π／２から
はなれているので、測定角速度に合せて、Δθが±π／
２からはなれている方のセンナコイルによる測定値を利
用することより、広い範囲にわたって角速度を測定する
ことができる。
は、コイル直径または総ファイバ長が異なる低速用セン
サコイルと高速用センサコイルとが設けられているので
、両方の八〇（＝Ｃ，ＤＬΩ）が−緒に±π／２に近ず
くことはなく、常にいずれか一方のΔθは±π／２から
はなれているので、測定角速度に合せて、Δθが±π／
２からはなれている方のセンナコイルによる測定値を利
用することより、広い範囲にわたって角速度を測定する
ことができる。
実施例
以下添付図面を参照して本発明による位相変調方式光フ
ァイバジャイロの実施例を説明する。
ァイバジャイロの実施例を説明する。
第１図は、本発明による位相変調方式光ファイバジャイ
ロの１つの実施例の構成を示した図である。この位相変
調方式光ファイバジャイロは、大径のセンサコイルを有
する低速回転検出部と、小径のセンサコイルを有する高
速回転検出部とを有している。そして、それらは、光フ
ァイバジャイロの基本的条件を備えた最小構成を成して
いる。
ロの１つの実施例の構成を示した図である。この位相変
調方式光ファイバジャイロは、大径のセンサコイルを有
する低速回転検出部と、小径のセンサコイルを有する高
速回転検出部とを有している。そして、それらは、光フ
ァイバジャイロの基本的条件を備えた最小構成を成して
いる。
なお、この最小構成については、Ｂｚｅｋｉｅｌ Ｓ、
ａｎｄＡｒｄｉｔｔｙ Ｈ，Ｊ、 ：Ｆｉｂｅｒ ０ｐ
ｔｉｃ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ５ｅｎｓｏｒｓ″。
ａｎｄＡｒｄｉｔｔｙ Ｈ，Ｊ、 ：Ｆｉｂｅｒ ０ｐ
ｔｉｃ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ５ｅｎｓｏｒｓ″。
Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ、 １
９８２に詳しい説明がある。
９８２に詳しい説明がある。
図示の位相変調方式光ファイバジャイロにおいては、発
光素子３０のような光源が設けられ、電源３２により駆
動されて、光ビームを発生する。その発光素子３０が発
生する光ビームは、レンズ３４を介して、ハーフミラ−
３６のようなビームスプリフタに送られる。そのハーフ
ミラ−３６で２つに分けられた光ビームは、それぞれレ
ンズ３８Ａ及び３８Ｂを介して、シングルモード光ファ
イバ４０Ａ及び４０Ｂの一端にに結合される。
光素子３０のような光源が設けられ、電源３２により駆
動されて、光ビームを発生する。その発光素子３０が発
生する光ビームは、レンズ３４を介して、ハーフミラ−
３６のようなビームスプリフタに送られる。そのハーフ
ミラ−３６で２つに分けられた光ビームは、それぞれレ
ンズ３８Ａ及び３８Ｂを介して、シングルモード光ファ
イバ４０Ａ及び４０Ｂの一端にに結合される。
それらシングルモード光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの他
端から出力された光ビームは、レンズ４２Ａ及び４２Ｂ
を介して、ハーフミラ−４４Ａ及び４４Ｂのようなビー
ムスプリッタに送られる。そして、それらハーフミラ−
４４Ａ及び４４Ｂでそれぞれ２つに分けられた光ビーム
は、それぞれレンズ４６Ａ、４８Ａ及び４６Ｂ、４８Ｂ
を介して、高速用光ファイバ５０Ａ及び低速用光ファイ
バ５０Ｂのそれぞれの両端に結合される。
端から出力された光ビームは、レンズ４２Ａ及び４２Ｂ
を介して、ハーフミラ−４４Ａ及び４４Ｂのようなビー
ムスプリッタに送られる。そして、それらハーフミラ−
４４Ａ及び４４Ｂでそれぞれ２つに分けられた光ビーム
は、それぞれレンズ４６Ａ、４８Ａ及び４６Ｂ、４８Ｂ
を介して、高速用光ファイバ５０Ａ及び低速用光ファイ
バ５０Ｂのそれぞれの両端に結合される。
これら光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂは、それぞれ、光フ
アイバセンサを構成するように、多数回コイル状に巻か
れてセンサコイル５２Ａ及び５２Ｂと、周波数ｆ、で駆
動されるピエゾ素子のような圧電振動素子５４Ａ及び５
４Ｂにそれぞれ巻き付けられた部分５６Ａ及び５６Ｂと
からなっている。
アイバセンサを構成するように、多数回コイル状に巻か
れてセンサコイル５２Ａ及び５２Ｂと、周波数ｆ、で駆
動されるピエゾ素子のような圧電振動素子５４Ａ及び５
４Ｂにそれぞれ巻き付けられた部分５６Ａ及び５６Ｂと
からなっている。
光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂをそれぞれ右回りと左回り
とに伝搬した光ビームは、光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂ
のそれぞれの両端からそれぞれレンズ４６Ａ１４８Ａ及
び４６Ｂ、４８Ｂを介して出力されて、ハーフミラ−４
４Ａ及び４４Ｂにより合成され、更に、レンズ４２Ａ及
び４２Ｂを介してシングルモード光ファイバ４０Ａ及び
４０Ｂの他端に結合される。
とに伝搬した光ビームは、光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂ
のそれぞれの両端からそれぞれレンズ４６Ａ１４８Ａ及
び４６Ｂ、４８Ｂを介して出力されて、ハーフミラ−４
４Ａ及び４４Ｂにより合成され、更に、レンズ４２Ａ及
び４２Ｂを介してシングルモード光ファイバ４０Ａ及び
４０Ｂの他端に結合される。
そして、そのシングルモード光ファイバ４０Ａ及び４０
Ｂに結合された光ビームは、ハーフミラ−３６によりま
とめられ、レンズ５８を介して、受光素子６０に入射す
る。
Ｂに結合された光ビームは、ハーフミラ−３６によりま
とめられ、レンズ５８を介して、受光素子６０に入射す
る。
その受光素子の電気出力は、前置増幅器６２を介して、
２つの同期検波器６４Ａ及び６４Ｂの入力に接続されて
いる。それら同期検波器６４Ａ及び６４Ｂ並びに上述し
た圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂは、位相変調用の交流
励振電源６６Ａ及び６６Ｂに接続され、周波数ｆ ｐｌ
とｆ ｐａの交流を受けるようになされている。
２つの同期検波器６４Ａ及び６４Ｂの入力に接続されて
いる。それら同期検波器６４Ａ及び６４Ｂ並びに上述し
た圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂは、位相変調用の交流
励振電源６６Ａ及び６６Ｂに接続され、周波数ｆ ｐｌ
とｆ ｐａの交流を受けるようになされている。
同期検波器６４Ａ及び６４Ｂの出力は、切換えスイッチ
６８を介して、増幅器７０に送られる。
６８を介して、増幅器７０に送られる。
更に、一方の同期検波器６４Ｂの出力は、２つのコンパ
レータ７２及び７４のそれぞれ一方の入力に接続されて
いる。これらコンパレータの一方７２の他方の入力は、
基準電源７２ａに接続され、他方のコンパレータ７４の
他方の入力は、基準電源７４ａに接続されている。そし
て、それらコンパレータ７２及び７４の出力は、ＯＲ回
路７６に入力されている。
レータ７２及び７４のそれぞれ一方の入力に接続されて
いる。これらコンパレータの一方７２の他方の入力は、
基準電源７２ａに接続され、他方のコンパレータ７４の
他方の入力は、基準電源７４ａに接続されている。そし
て、それらコンパレータ７２及び７４の出力は、ＯＲ回
路７６に入力されている。
コンパレータ７２は、ｓｉｎΔθがｓｉｎ＋π／２に近
いときの同期検波器６４Ｂの出力に対応する成るレベル
以上に、同期検波器６４Ｂの出力があるときに例えばハ
イレベルの信号をＯＲ回路７６に出力し、コンパレータ
７４は、ｓｉｎΔθが５ｉｎ−π／２に近いときの同期
検波器６４Ｂの出力に対応する成るレベル以下に、同期
検波器６４Ｂの出力があるときに例えばハイレベルの信
号をＯＲ回路７６に出力する。
いときの同期検波器６４Ｂの出力に対応する成るレベル
以上に、同期検波器６４Ｂの出力があるときに例えばハ
イレベルの信号をＯＲ回路７６に出力し、コンパレータ
７４は、ｓｉｎΔθが５ｉｎ−π／２に近いときの同期
検波器６４Ｂの出力に対応する成るレベル以下に、同期
検波器６４Ｂの出力があるときに例えばハイレベルの信
号をＯＲ回路７６に出力する。
そして、ＯＲ回路７６は、いずれか一方の人力にハイレ
ベルの信号が人力されているとき、同期検波器６４Ａの
出力を増幅に接続する状態に切換えスイ・ツチ６８を制
御する。反対に、ＯＲ回路７６の両人力ともローレベル
で、同期検波器６４Ｂの出力レベルが基準電圧レベルよ
り低いとき、すなわち、ｓｉｎΔθがｓｉｎ±π／２よ
り十分低いとき、そのＯＲ回路は、同期検波器６４Ｂの
出力を増幅に接続する状態に切換えスイッチ６８を制御
する。
ベルの信号が人力されているとき、同期検波器６４Ａの
出力を増幅に接続する状態に切換えスイ・ツチ６８を制
御する。反対に、ＯＲ回路７６の両人力ともローレベル
で、同期検波器６４Ｂの出力レベルが基準電圧レベルよ
り低いとき、すなわち、ｓｉｎΔθがｓｉｎ±π／２よ
り十分低いとき、そのＯＲ回路は、同期検波器６４Ｂの
出力を増幅に接続する状態に切換えスイッチ６８を制御
する。
か（して、コンパレータ７２及び７４並びにＯＲ回路７
６により構成されている回路は、一方の同期検波器の出
力を監視し、ｓｉｎΔθがｓｉｎ±π／２に近いときの
その出力に近くなったときに、他方の同期検波器の出力
を選択して増幅器７０に接続する。
６により構成されている回路は、一方の同期検波器の出
力を監視し、ｓｉｎΔθがｓｉｎ±π／２に近いときの
その出力に近くなったときに、他方の同期検波器の出力
を選択して増幅器７０に接続する。
以上のように構成される位相変調方式光ファイバジャイ
ロは、次のように動作する。
ロは、次のように動作する。
電源３２により駆動される発光素子３０からの光ビーム
は、レンズ３４を介して、ハーフミラ−３６に送られ、
そのハーフミラ−３６で２つに分けられた光ビームは、
それぞれレンズ３８Ａ及び３８Ｂを介して、シングルモ
ード光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの一端にに結合されて
、単一のモードのレーザ光のみが、それらシングルモー
ド光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの他端から出力され、レ
ンズ４２Ａ及び４２Ｂを介して、ハーフミラ−４４Ａ及
び４４Ｂに送られる。そして、それらハーフミラ−４４
Ａ及び４４Ｂでそれぞれ２つに分けられた光ビームは、
それぞれレンズ４６Ａ１４８Ａ及び４６Ｂ、４８Ｂを介
して、高速用光ファイバ５０Ａ及び低速用光ファイバ５
０Ｂのそれぞれの両端に結合される。
は、レンズ３４を介して、ハーフミラ−３６に送られ、
そのハーフミラ−３６で２つに分けられた光ビームは、
それぞれレンズ３８Ａ及び３８Ｂを介して、シングルモ
ード光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの一端にに結合されて
、単一のモードのレーザ光のみが、それらシングルモー
ド光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの他端から出力され、レ
ンズ４２Ａ及び４２Ｂを介して、ハーフミラ−４４Ａ及
び４４Ｂに送られる。そして、それらハーフミラ−４４
Ａ及び４４Ｂでそれぞれ２つに分けられた光ビームは、
それぞれレンズ４６Ａ１４８Ａ及び４６Ｂ、４８Ｂを介
して、高速用光ファイバ５０Ａ及び低速用光ファイバ５
０Ｂのそれぞれの両端に結合される。
これら光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂに人力された光ビー
ムは、回転を受けているセンサコイル５２Ａ及び５２Ｂ
の部分で位相差ができ、また、交流励振電源６６Ａ及び
６６Ｂからの周波数ｆ ｐｌとｆ、２の交流で駆動され
る圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂにそれぞれ巻き付けら
れた部分５６Ａ及び５６Ｂにおいて、位相変調される。
ムは、回転を受けているセンサコイル５２Ａ及び５２Ｂ
の部分で位相差ができ、また、交流励振電源６６Ａ及び
６６Ｂからの周波数ｆ ｐｌとｆ、２の交流で駆動され
る圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂにそれぞれ巻き付けら
れた部分５６Ａ及び５６Ｂにおいて、位相変調される。
そのように光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂにおいてそれぞ
れ位相差ができ且つ位相変調された右回り光ビームと左
回り光ビームは、光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂのそれぞ
れの両端からそれぞれレンズ４６Ａ１４８Ａ及び４６Ｂ
、４８Ｂを介して出力されて、ハーフミラ−４４Ａ及び
４４Ｂにより合成され、更に、レンズ４２Ａ及び４２Ｂ
を介してシングルモード光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの
他端に結合される。そして、そのシングルモード光ファ
イバ４０Ａ及び４０Ｂに結合された光ビームは、ハーフ
ミラ−３６によりまとめられ、レンズ５８を介して、受
光素子６０に入射する。
れ位相差ができ且つ位相変調された右回り光ビームと左
回り光ビームは、光ファイバ５０Ａ及び５０Ｂのそれぞ
れの両端からそれぞれレンズ４６Ａ１４８Ａ及び４６Ｂ
、４８Ｂを介して出力されて、ハーフミラ−４４Ａ及び
４４Ｂにより合成され、更に、レンズ４２Ａ及び４２Ｂ
を介してシングルモード光ファイバ４０Ａ及び４０Ｂの
他端に結合される。そして、そのシングルモード光ファ
イバ４０Ａ及び４０Ｂに結合された光ビームは、ハーフ
ミラ−３６によりまとめられ、レンズ５８を介して、受
光素子６０に入射する。
その受光素子の電気出力は、交流励振電源６６Ａ及び６
６Ｂから、圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂの駆動周波数
ｆ ｐｌの成分の電圧、すなわち、センサコイル５２Δ
において発生した位相差Δθを示す電圧信号を出力する
。一方、同期検波器６４Ｂは、周波数ｆ、２を参照周波
数として受けているので、その周波数ｆｐ２の成分の電
圧、すなわち、センサコイル５２Ｂにおいて発生した位
相差へ〇を示す電圧信号を出力する。
６Ｂから、圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂの駆動周波数
ｆ ｐｌの成分の電圧、すなわち、センサコイル５２Δ
において発生した位相差Δθを示す電圧信号を出力する
。一方、同期検波器６４Ｂは、周波数ｆ、２を参照周波
数として受けているので、その周波数ｆｐ２の成分の電
圧、すなわち、センサコイル５２Ｂにおいて発生した位
相差へ〇を示す電圧信号を出力する。
ここで、圧電振動素子５４Ａ及び５４Ｂを駆動する変調
周波数ｆ、を検討するならば、 １．８！−ｉ２ ｂ ５ｉｎ（πｆｐｎＬ／ｃ） ・
・・（３）但し ｂ二位相変調の変調度 ｎ：光ファイバの屈折率 Ｃ：光の真空中の速さ で決定することが最適である。そして、２つの光ファイ
バ５２Ａ及び５２Ｂは、そのファイバ長しが相違するの
で、異なる値をとることが好ましい。
周波数ｆ、を検討するならば、 １．８！−ｉ２ ｂ ５ｉｎ（πｆｐｎＬ／ｃ） ・
・・（３）但し ｂ二位相変調の変調度 ｎ：光ファイバの屈折率 Ｃ：光の真空中の速さ で決定することが最適である。そして、２つの光ファイ
バ５２Ａ及び５２Ｂは、そのファイバ長しが相違するの
で、異なる値をとることが好ましい。
それ故、位相変調用の交流励振電源６６Ａ及び６６Ｂの
周波数ｆ ｐｌとｆ、２とは、十分に異なる値とする。
周波数ｆ ｐｌとｆ、２とは、十分に異なる値とする。
かくして、同期検波器６４Ａ及び６４Ｂは、対応するセ
ンサコイルにおいて与えられた位相差を含む１電圧出力
を出力する。
ンサコイルにおいて与えられた位相差を含む１電圧出力
を出力する。
そして、同期検波器６４Ａ及び６４Ｂの出力は、上記し
た式（２）にかられかるように、センサコイル５２Ａ及
び５２Ｂの直径り及びファイバ長しが異なると、センサ
コイル５２Ａ及び５２Ｂが同一の回転をうけていても、
その出力■０も異なる。
た式（２）にかられかるように、センサコイル５２Ａ及
び５２Ｂの直径り及びファイバ長しが異なると、センサ
コイル５２Ａ及び５２Ｂが同一の回転をうけていても、
その出力■０も異なる。
上記したように、一方の同期検波器６４Ｂの出力をうけ
る２つのコンパレータ７２及び７４が、その同期検波器
６４Ｂの出力を監視し、その出力が上記した基準電圧レ
ベルより大きいときは、すなわち、センサコイル５２Ｂ
におけるΔθが±π／２に近いときは、同期検波器６４
Ａの出力が増幅器７０に人力されるように、切換えスイ
ッチ６８が制御され、反対に、同期検波器６４Ｂの出力
が基準電圧レベルより小さいときは、すなわち、センサ
コイル５２ＢにおけるΔθが±π／２には遠いときは、
同期検波器６４Ｂの出力が増幅器７０に人力されるよう
に、切換えスイッチ６８を制御される。
る２つのコンパレータ７２及び７４が、その同期検波器
６４Ｂの出力を監視し、その出力が上記した基準電圧レ
ベルより大きいときは、すなわち、センサコイル５２Ｂ
におけるΔθが±π／２に近いときは、同期検波器６４
Ａの出力が増幅器７０に人力されるように、切換えスイ
ッチ６８が制御され、反対に、同期検波器６４Ｂの出力
が基準電圧レベルより小さいときは、すなわち、センサ
コイル５２ＢにおけるΔθが±π／２には遠いときは、
同期検波器６４Ｂの出力が増幅器７０に人力されるよう
に、切換えスイッチ６８を制御される。
かくして、検出すべき回転が速いとき、センサコイル５
２Ｂにあける位相差Δθが大きくなり、±π／２に近い
づくときは、センサコイル５２Ａによる八〇は十分小さ
く、スイッチ６８によりそのとき選択される同期検波器
６４Ａからの出力■０から正しい回転速度Ωを知ること
ができる。
２Ｂにあける位相差Δθが大きくなり、±π／２に近い
づくときは、センサコイル５２Ａによる八〇は十分小さ
く、スイッチ６８によりそのとき選択される同期検波器
６４Ａからの出力■０から正しい回転速度Ωを知ること
ができる。
一方、検出すべき回転が遅いとき、センサコイは±π／
２に近いづいてはいないが相応に大きく、艮イッチ６８
によりそのとき選択される同期検波器６４Ｂからの出力
■０から正しい回転速度Ωを知ることができる。
２に近いづいてはいないが相応に大きく、艮イッチ６８
によりそのとき選択される同期検波器６４Ｂからの出力
■０から正しい回転速度Ωを知ることができる。
第１図に示す位相変調方式光ファイバジャイロを、低速
用大直径センサコイルの光ファイバ長しが４００ ｍ
、圧電振動素子の変調周波数ｆｐ＋が２５０ＫＨｚ、高
速用小直径センサコイルの光ファイバ長しが２０ｍ１圧
電振動素子の変調周波数ｆ’ｐ２が５ＭＨｚで構成した
ところ、ｔｏ−’ ｄｅｇ／ｓｅｃ 〜２００ｄｅｇ
／ ｓｅｃの画側範囲（ダイナミックレンジ）が得られ
た。
用大直径センサコイルの光ファイバ長しが４００ ｍ
、圧電振動素子の変調周波数ｆｐ＋が２５０ＫＨｚ、高
速用小直径センサコイルの光ファイバ長しが２０ｍ１圧
電振動素子の変調周波数ｆ’ｐ２が５ＭＨｚで構成した
ところ、ｔｏ−’ ｄｅｇ／ｓｅｃ 〜２００ｄｅｇ
／ ｓｅｃの画側範囲（ダイナミックレンジ）が得られ
た。
以上説明した本発明による位相変調方式光ファイバジャ
イロの実施例においては、低速検出用と高速検出用のセ
ンサコイルをそれぞれ伝搬させる光は、同一光源から供
給しているが、それぞれ別の光源から供給するようにし
てもよい。また、上記した実施例においては、低速検出
用と高速検出用のセンサコイルをそれぞれ伝搬した光は
、同一の受光素子に人力させているが、それぞれ別の受
アイバジャイロの実施例においては、低速検出用と高速
検出用のセンサコイルは、その直径もファイバ長も異な
るようにしているが、上述したように、Δθ（＝Ｃ２Ｄ
ＬΩ）の構成項の内のＤ（センサコイルの直径）とＬ（
センサコイルのファイバ長）との積が異なるようにでき
るならば、センサコイルの直径りとファイバ長しとのい
ずれか一方のみが異なるようにすれば足りる。
イロの実施例においては、低速検出用と高速検出用のセ
ンサコイルをそれぞれ伝搬させる光は、同一光源から供
給しているが、それぞれ別の光源から供給するようにし
てもよい。また、上記した実施例においては、低速検出
用と高速検出用のセンサコイルをそれぞれ伝搬した光は
、同一の受光素子に人力させているが、それぞれ別の受
アイバジャイロの実施例においては、低速検出用と高速
検出用のセンサコイルは、その直径もファイバ長も異な
るようにしているが、上述したように、Δθ（＝Ｃ２Ｄ
ＬΩ）の構成項の内のＤ（センサコイルの直径）とＬ（
センサコイルのファイバ長）との積が異なるようにでき
るならば、センサコイルの直径りとファイバ長しとのい
ずれか一方のみが異なるようにすれば足りる。
発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明による位相変調
方式光ファイバジャイロは、低速検出用センサコイルと
高速検出用センサコイルとを併設し、それらセンサコイ
ルを使用して得られたデータの内の測定精度の高い方を
選択しているので、低速検出用センサコイルによる測定
可能範囲と高速検出用センサコイルによる測定可能範囲
とを合せた広いダイナミックレンジにわたって、正確な
角速度測定を実施することができる。
方式光ファイバジャイロは、低速検出用センサコイルと
高速検出用センサコイルとを併設し、それらセンサコイ
ルを使用して得られたデータの内の測定精度の高い方を
選択しているので、低速検出用センサコイルによる測定
可能範囲と高速検出用センサコイルによる測定可能範囲
とを合せた広いダイナミックレンジにわたって、正確な
角速度測定を実施することができる。
図である。
また、第２図は、位相変調方式光ファイバジャイロの基
本構成を示す概略図である。
本構成を示す概略図である。
１０・・発光素子、１２・・ビームスプリッタ、１４．
１６・・結合レンズ、１８・・光ファイバ、２０・・セ
ンサコイル、２２・・圧電振動素子、２４・・光ファイ
バの位相変調部、２６・・受光素子、３０・・発光素子
、３２・・駆動電源、３６・・ハーフミラ−１ ４０Ａ、４０Ｂ・・シングルモード光ファイバ、５０Ａ
、５０Ｂ・・光ファイバ、 ５２Ａ、５２Ｂ・・センサコイル、 ５４Ａ、５４Ｂ・・圧電振動素子、 ５６Ａ、５６Ｂ・・光ファイバの位相変調部、６０・・
受光素子、６４Ａ、６４Ｂ・・同期検波器、６６Ａ、６
６Ｂ・・位相変調用交流励振電源、６８・・切換えスイ
ッチ、７０・・増幅器、７２．７４・・コンパレータ、
７６・・ＯＲ回路一一一一一一→■〇 一 龜 図 ｔ６ ： ＯＲ回ヱδ 第２図 ２６二受九概÷ 手続補正帯（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５９年特許願第２３８６１６号２
、発明の名称 位相変調方式光ファイノくジャイロ３、
補正をする者 氏 名 工１術院 研究開発官室 電 ３） ５０１−１５１１ 内線４６１１〜２４
、補正命令の日付 昭和６０年２月２６日５、補正の対
象 明細書の発明の詳細な説明の欄６、補正の内容 （１）明細書第３頁第１６行から第２０行の８己載を以
下のように訂正する。
１６・・結合レンズ、１８・・光ファイバ、２０・・セ
ンサコイル、２２・・圧電振動素子、２４・・光ファイ
バの位相変調部、２６・・受光素子、３０・・発光素子
、３２・・駆動電源、３６・・ハーフミラ−１ ４０Ａ、４０Ｂ・・シングルモード光ファイバ、５０Ａ
、５０Ｂ・・光ファイバ、 ５２Ａ、５２Ｂ・・センサコイル、 ５４Ａ、５４Ｂ・・圧電振動素子、 ５６Ａ、５６Ｂ・・光ファイバの位相変調部、６０・・
受光素子、６４Ａ、６４Ｂ・・同期検波器、６６Ａ、６
６Ｂ・・位相変調用交流励振電源、６８・・切換えスイ
ッチ、７０・・増幅器、７２．７４・・コンパレータ、
７６・・ＯＲ回路一一一一一一→■〇 一 龜 図 ｔ６ ： ＯＲ回ヱδ 第２図 ２６二受九概÷ 手続補正帯（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５９年特許願第２３８６１６号２
、発明の名称 位相変調方式光ファイノくジャイロ３、
補正をする者 氏 名 工１術院 研究開発官室 電 ３） ５０１−１５１１ 内線４６１１〜２４
、補正命令の日付 昭和６０年２月２６日５、補正の対
象 明細書の発明の詳細な説明の欄６、補正の内容 （１）明細書第３頁第１６行から第２０行の８己載を以
下のように訂正する。
「キャＯＬ／ンジ チー、ジー５、ブカロ リュー。
ｚ−、他’光ファイバセンサ技術」 アイ イーイーイ
ー ジャーナル オブ カンタム エレクトロニクス（
Ｇｉａｌｌｏｒｅｎｚｉ Ｔ、Ｇ、、 Ｂｕｃａｒｏ
Ｊ、八、ｅｔ ａｌ”０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ
５ｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、 １８８８
Ｊ、ｏｆＱｕａｎｔｕｍ Ｂｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）
ＱＢ−１８，Ｎ［Ｌ４． ｐｐ６２６−６６２（１９８
２）やタラショウ及びアイ、ビー、ギレス「光ファイノ
くジャイロスコープ」ジャーナル オブ フイジクス
エレクトロニクス サイエンス インストルメント（Ｃ
ｕｌｓｈａｗ ａｎｄ Ｉ、Ｐ、Ｇ１１ｅｓ ”Ｆｉｂ
ｅｒ ０ｐｔｉｃＧｙｒｏｓｃｏｐｅｓ” Ｊ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｂ：Ｓｃｉ ［ｎｓｔｒｕｍ、） １６ ｐｐ５−
１５゜（１９８３） Ｊ （２）明細書第８頁第１８行から第９頁第２行の言己載
を以下のように訂正する。
ー ジャーナル オブ カンタム エレクトロニクス（
Ｇｉａｌｌｏｒｅｎｚｉ Ｔ、Ｇ、、 Ｂｕｃａｒｏ
Ｊ、八、ｅｔ ａｌ”０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ
５ｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、 １８８８
Ｊ、ｏｆＱｕａｎｔｕｍ Ｂｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）
ＱＢ−１８，Ｎ［Ｌ４． ｐｐ６２６−６６２（１９８
２）やタラショウ及びアイ、ビー、ギレス「光ファイノ
くジャイロスコープ」ジャーナル オブ フイジクス
エレクトロニクス サイエンス インストルメント（Ｃ
ｕｌｓｈａｗ ａｎｄ Ｉ、Ｐ、Ｇ１１ｅｓ ”Ｆｉｂ
ｅｒ ０ｐｔｉｃＧｙｒｏｓｃｏｐｅｓ” Ｊ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｂ：Ｓｃｉ ［ｎｓｔｒｕｍ、） １６ ｐｐ５−
１５゜（１９８３） Ｊ （２）明細書第８頁第１８行から第９頁第２行の言己載
を以下のように訂正する。
Claims (3)
- （１）コイル直径または総ファイバ長が異なる低速用セ
ンサコイルと高速用センサコイルとを有し、前記低速用
センサコイル及び前記高速用センサコイルは、それぞれ
、その途中に位相変調素子が設けられており、その両端
から光が結合され且つその両端から光を出力するように
なされており、それら低速用センサコイル及び高速用セ
ンサコイルからの出力光のいずれか一方から角速度が検
出されることを特徴とする位相変調方式光ファイバジャ
イロ。 - （２）前記低速用センサコイル及び前記高速用センサコ
イルには、同一光源よりの光が結合され、また、それら
低速用センサコイル及び高速用センサコイルからの出力
光は、同一の受光素子に結合されることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の位相変調方式光ファイバ
ジャイロ。 - （３）前記低速用センサコイル及び前記高速用センサコ
イルの途中にそれぞれ設けられている位相変調素子は、
互いに異なる周波数で駆動され、前記受光素子の出力に
２つの同期検波器が接続され、それら同期検波器は、前
記位相変調素子を駆動する前記周波数の互いに異なる周
波数を参照周波数として使用していることを特徴とする
特許請求の範囲第（３）項記載の位相変調方式光ファイ
バジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59238616A JPS61117412A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59238616A JPS61117412A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61117412A true JPS61117412A (ja) | 1986-06-04 |
Family
ID=17032811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59238616A Pending JPS61117412A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61117412A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196462A (ja) * | 1982-05-11 | 1983-11-15 | Hitachi Cable Ltd | サグナツク干渉計を用いた角速度計 |
-
1984
- 1984-11-14 JP JP59238616A patent/JPS61117412A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196462A (ja) * | 1982-05-11 | 1983-11-15 | Hitachi Cable Ltd | サグナツク干渉計を用いた角速度計 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS62108110A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JP2002508061A (ja) | 光ファイバ・ジャイロスコープ振動誤差補償器 | |
| JPS6060513A (ja) | 光学繊維ジヤイロスコ−プとその位相零化方法 | |
| EP0511684B1 (en) | Phase modulated fibre-optic gyroscope | |
| JPS61147106A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JPS61117412A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JPH0352003B2 (ja) | ||
| KR20100004318A (ko) | 비편광 광섬유 자이로스코프 | |
| JPS63250513A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| US7274460B2 (en) | Stimulated rate optical power measurement in a fiber optic gyroscope | |
| Chin et al. | Extended environmental performance of attitude and heading reference grade fiber optic rotation sensors | |
| Ezekiel | An Overview Of Passive Optical" Gyros" | |
| RU2793727C1 (ru) | Датчик угловой скорости | |
| JPH0310882B2 (ja) | ||
| JPS63138208A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| JPS6280512A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JP2580652B2 (ja) | 光ファイバジャイロ制御装置 | |
| JPS61117410A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| RU2174218C2 (ru) | Прибор для измерения физических величин | |
| JPS6329211A (ja) | 光フアイバ回転センサ | |
| JPS62239012A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JPS61147105A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| Patterson et al. | Test results over extended environments for Litton's inertial navigation grade interferometric fiber optic gyro | |
| Xiaowu et al. | The research of digital close-loop depolarized FOG | |
| JPS61277013A (ja) | 光フアイバセンサ |