JPS61169714A - 光フアイバジヤイロ - 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】 （発明の技術分野） 本発明は光ファイバループを用いて角速度を検出する光
ファイバジャイロに関する。

（発明の背景） 従来の光ファイバループを用いた光ファイバジャイロは
光ファイバループのサニアック効果による位相差を検出
して光ファイバループの回転角速度を検出するものであ
りその出力は、 ５＝ｃｏｓ　　Δφ となる。しかしこの出力では微小な回転角速度（Ω）に
対する感度が低いと言う欠点がある。この欠点を解決す
る方法として位相変調法が良く用いられる。位相の変調
法としてはピエゾ素子（ＰＺＴ等）によって光ファイバ
の長さを伸縮させる方法が良く用いられる。

全位相変調信号をｆ（ｔ）　＝　ａ　ｓｉｎω、ｔとし
、変調点から光ファイバの再出力端に至るまでの時間を
Ｔ、、Ｔｔとすると干渉出力信号Ｓは ５＝ｃｏｓ　　（Δφ＋ｒａｍ　（ｔ−ＴＩ）−ｒ、　
（ｔ−’ｒｘ）＝ΔφＪ＋（Ｗ）　Ｘｃｏｓ　（ａｌ、
　　（）（Ｔｔ　＋ｔｚ）　）＋（ω、の高調波成分） 但しｎ　＝２ａ　ｓｉｎ＋（↑５−Ｔｚ）ω。

となるので、これをω、の周波数で１ｏｃｋ−ｉｎ検波
する事により Ｓ＃Ｊ＋（η）Δφ となり、測定したい角速度Ωに比例した信号を高感度に
検出できる。このことを以下図面をもって更に詳しくせ
つめいする。第４図及び第５図は従来の光ファイバジャ
イロの原理を示す図であって、１は光ファイバループ、
２は光源部、３はハーフミラ−１４は光ディテクタ、５
はピエゾ素子に光ファイバを固く巻回してなる変調部で
ある。光源部２からの光はハーフミラ−３で反射される
光と透過される光に分けられ、これらの光は光ファイバ
ループをそれぞれ右回りに進行する光と左回りに進行す
る光となる。光ファイバループをそれぞれ進行した光は
前記ハーフミラ−３でそれぞれ透過、反射されて光ディ
テクタ４に入射する。上述の光ファイバループを左回り
に進行する光と右回りに進行する光とは該光ディテクタ
４の受光面で干渉する。この時光ファイバループが回転
すると角速度Ωに応じてサニアック効果が生ずる。サニ
アソク効果による光波の位相のシフト量Δφは次式で表
される。

Δφ＝８πＡＮΩ／λに こでＡは光ファイバループによって囲まれる面積、Ｎは
光ファイバの巻回数、λは真空中の光の波長、Ｃは真空
中の光速度である。

変調部５はピエゾ素子を一定周波数で駆動させる事によ
り該ピエゾ素子に固く巻回された光ファイバを伸び縮み
せしめる。この光ファイバの伸縮により光ファイバルー
プを左回りに進行する光と右回りに進行する光は位相変
調され、その結果光ディテクタ４の受光面での干渉光の
基本波成分は次式で与えられる。

５ｏ＝Ｋ　ＱＬＣｖ）　ｃｏｓ　ω、　　（ｔ−４（Ｔ
ｔ　　＋Ｔｔ）ここでＫは定数、ＪＩ（η）は１次第１
種Ｂｅ５ｓｅｌ関数である。

（１）式に於いて ηＨ２ａｓｉｎ　ｉ（ＴＩ−Ｔｔ）ω。

＝　２ａｓｉｎ　　（”　ｆｍ　Ｔ） である。

ここでｆ、は位相変調の変調周波数、ａは変調の振幅、
Ｔは光ファイバループの光伝播時間である。

光ディテクタ４の出力を同期検波する事によりΔφ即ち
角速度Ωに比例した出力が得られ、特に角速度の小さい
場合であっても検出可能のものであることが理解される
。

但しＪ、（０）＝ＯなのでＴＩ≠Ｔ８となるように変調
点を光ファイバの中心からずらしておく事が必要である
。

従ってこの方法では変調点以外では光フアイバ中央から
等距離にある部分が同時に同一のノイズ原因を発生した
時にはそのノイズはキャンセルするがそれ以外ではその
ままノイズが出力信号に現れてしまうという欠点を有す
る。

ところで、ノイズは光ファイバに加わる局部的な温度変
化等による局部的な伸びやストレス等が原因で発生する
。即ち　ＴＩ　　’≠Ｔ２　′の点でノイズが生じるの
が一般的であり、その場合はノイズが出力信号中に含ま
れてしまう、即ち、この構成によると光ファイバループ
自体の温度変化等による局部的伸縮を補償不能である為
結局のところ高精度の測定が出来なかった。

（発明の目的） 本発明は以上の欠点を解決し、簡単な構成により光ファ
イバループに局部的に加わる温度変化による局部的な光
ファイバループの伸縮や局部的に加わるストレス等に起
因する測定誤差即ち温度補償が可能で測定精度の高い光
ファイバを用いた回転センサを得る事を目的とする。

（発明の概要） 本発明は同一の長さの信号検出用と雑音除去用の光ファ
イバループ或いは同一の長さの二つの光ファイバループ
を近接して設ける事を技術的要点としている。

（実施例） 第り図は本発明の実施例で（ａ）は信号検出用光ファイ
バジャイロ、（ｂ）は雑音除去用光ファイバジャイロ、
（Ｃ）は前記（ａ）及び（ｂ）にしめず同一の長さの信
号検出用と雑音除去用の二組の光ファイバループを近接
して設けた本発明の第１の実施例をそれぞれ示す。

第１図に於いて１１は信号検出用光ファイバループ、１
２は雑音除去用光ファイバループであって偏光面保持型
の光ファイバを用いるのが望ましい。

従って前記光ファイバ１１．１２（７）両端部には偏光
子が設けられる。２１は光源で例えばスーパールミネッ
セントダイオード、２２は分岐カップラ、３１はハーフ
ミラ−１４１，４２は光ディテクタ、５１はピエゾ素子
を含む変調部である。変調部５１はピエゾ素子に光ファ
イバを固く巻回して構成される。第１図（Ｃ）より明ら
かな様に光源２１゜ハーフミラ−３１，変調部５１のピ
エゾ素子は共通である。前記分岐カップラ２２はプリズ
ム、グレーティング、エツチング・デツピング、研磨接
着、融着等の技術により等光量に分岐するものである。

ここで第１図（ｂ）に示す雑音除去用光ファイバループ
１２は十の長さ迄は順方向即ち信号検出用光ファイバル
ープＩＩと同方向に巻回され、残りの士は逆方向に巻回
される。

第１図（ｃ）に示す如く雑音除去用光ファイバループ１
２は信号検出用光ファイバループＩＩをボビン（図示せ
ず）に巻回形成する際、全長の十迄は両光ファイバが密
着する様に配慮されて順方向に巻回される。

残りの士は該信号検出用光ファイバループ１１と逆方向
に巻回されているがこれもできるだけ該信号検出用光フ
ァイバループ１１の残り蚤と密着する様に配慮して巻回
する。これは両光ファイバループ１１及び１２を密着さ
せる事により局部的に加わる温度変化等の雑音原因が両
光ファイバループＩＩ及び１２に等しく加わる様にする
為の配慮である。

第２図は信号処理系の一実施例を示すブロック図である
。

４１Ａ、４２Ａはそれぞれ光ディテクタ４１．４２の増
幅器、６１は前記増幅器４１Ａと４２Ａの出力の差又は
比を演算する差動回路、６２は該差動回路６１の出力を
記憶する記憶回路で、必要に応じてディスプレイ６３、
プリンタ６４に出力することが出来るし、その他出力信
号を自由に処理する事が出来る様になっている。

上記実施例によれば、信号検出用光ファイバループ１１
の出力■（、）はサニアック効果による出力Ｓと温度等
のノイズＮとの積又は和である。即ち、Ｉ　（ｌ　Ｉ）
　＝　Ｓ　＋　Ｎ−−−−−・−・−−−−・−−−−
−一−−−−・　（３）！（１１１＝ＳＸＮ・・・−・
・・・・・−ｍ−−・・−・−・−（４）ここで雑音除
去用光ファイバループ１２の出力ｉｔ＋ｎはサニアック
効果による出力が相殺されてノイズＮのみになる。即ち １１１□）＝Ｎ−・−・・−・・−・・−・−−−−−
一・−・・（５）なぜなら雑音除去用光ファイバループ
１２の前半の順方開巻回分の出力をＩ　（Ｉり　’とし
、後半の逆方向巻回分の出力をＩ　（Ｉｌｌ　”とする
とＩ　ｏｚ＋　’　＝★Ｓ＋Ｎ’ １（１！ｌ”ニー÷Ｓ＋Ｎ” 、であるから 雑音除去用光ファイバループ１２の出力ｒ　Ｈｚ）は１
　、＋ｔ＞　＝　Ｉ　＜１ｍ＋　’　＋　１　（＋ゎ＝
ｌＳ＋Ｎ’−１＋Ｎ” ＝Ｎ’＋Ｎ” ＝Ｎ ここで信号検出用光ファイバループ１１のノイズＮと雑
音除去用光ファイバループ１２のノイズＮ′＋Ｎ″とは
密着させて巻回さ７れている事により局部的に加わる温
度変化等の雑音原因が両光ファイバループ１１及び１２
に等しく加わる様に配慮されている事は上述の通りであ
るからＮ＃Ｎ’＋Ｎ” である。

よってＴ＋ｔｚ）＃Ｎであり、 実質的に（５）式に示す通り Ｉ　ｎｚ）　＝　Ｎ である。

従って信号検出用光ファイバループ１１の出力Ｉｆｌ＋
１との引算或いは割算 即ち（３）−（５）或いは（４）　＋（５）により１ｏ
ｎ＝Ｓ 即ちノイズを除去したサニアック効果による出力Ｓのみ
を出力する事が可能である事が理解される。

第３図は本発明の第２の実施例を示す。

第１図と同符号は同効部材であり、説明は省略する。

第３図（ａ）は第１の光ファイバジャイロ、（ｂ）は第
２の光ファイバジャイロ１．（Ｃ）は前記第１、第２の
光ファイバジャイロを組合せてなる本発明の第２の実施
例である。

第３図に於いて１３．１４は光ファイバループで同一の
ボビン（図示せず）に同一方向に同一回数相隣接して巻
回される。

本実施例では変調部５１は該光ファイバループ１３．１
４双方に設けられるが設けられる位置は互いに異なる端
部である。

従って第１の光ファイバジャイロと第２の光ファイバジ
ャイロとでは変調部５１の設ける位置のみが異なり、他
は全く同一である。

勿論本実施例に於いても前記第１の実施例と同様二つの
光ファイバループ１３．１４を出来るだけ密着する様に
配慮して巻回し、両光ファイバループ１３及び１４を密
着させる事により局部的に加わる温度変化等の雑音原因
が両光ファイバループ１３及び１４に等しく加わる様に
する 尚該光ファイバループ１３，１４はダブルコアフ・アイ
μで構成しても宜しい。

なぜならばダブルコアファイバとは光ファイバの一つの
クラッド中に通常一本のシングルモードコアが入ってい
るところ、二本のシングルモードコアがカップリングし
ない程度に数十μｍ１４１れて入っているものであり、
二本のシングルモードコアが入ったクラッドは通常直径
１２５μ−でその回りにはプライマリコートやナイロン
ジャケット等が緩衝用、保護用として覆っているので外
乱、例えば温度や曲げ等による歪みは二つのコアに全く
同等にかかると考えて良いからである。

本実施例によれば第１の光ファイバループ１３の出力１
（Ｉｌ＋及び第２の光ファイバループ１４の出力１（＋
ｏはそれぞれ次式のように表される。

１１１：ｌ）　＝　Ｓ　Ｈ□ＸＰ＋Ｎ（１□・−・−・
・−・−・−−−ｍ＝・−（８）１　（１４１＝Ｓ（＋
４＞×（Ｐ）　＋Ｎｏｕ”　　Ｓ　（＋４１　Ｘ　Ｐ　
＋　Ｎ　、ｌａ＋−・−−−−−−−−−−（９）ここ
でＳ　（１３１＋　　Ｓ　（１４１はそれぞれ光ファイ
バループ１３，１４のサニアソク効果による出力、Ｐは
変調部５１による変調信号、Ｎは局部的に加わる温度変
化等の影響によるノイズである。

本実施例では光ファイバループ１３，１４は上述の通り
全く同一の条件で巻回されているのでサニアック効果に
よる出力は等しい。即ち Ｓ　（鳳３）　　”　　Ｓ　　１１４）である。

又、光ファイバループ１３．１４を出来るだけ密着する
様に配慮して巻回し、両光ファイバループ１３及び１４
を密着させる事により局部的に加わる温度変化等の雑音
原因が両光ファイバループ１３及び１４に等しく加わる
様にしであるのでＮ　（１１１：Ｎ　（１４１ である。

変調信号は変調部が互いに異なる端部にある為絶対値は
等しく一方が正で他方が負である。

よって本実施例の出力■は　■。ｚ＞　　Ｉ　ｎｓ＋即
ち（８）式と（９）式との差をとれば　 Ｉ　＝１　＋１３）　　ｒ　（＋４１＝Ｓ（１゜ＸＰ＋
Ｎ＋１３１　　（−３ｕｕＸＰ＋Ｎｏｕ）＝　（Ｓ＋＋
ｓ）＋５（１４））Ｐ＋Ｎ　（１３１Ｎ　（＋４１　　
＝　２３　＋＋ｚ）　Ｐとなる。即ち該構成によれば信
号は２倍となりノイズは除去される。

（発明の効果） 本発明によれば、簡単な構成により、光ファイバに加わ
る局部的な温度変化等による局部的な伸び等が原因で発
生するノイズを除去する事ができ、測定精度の高い光フ
ァイバジャイロを得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明の実施例を示す図、第
４図、第５図は従来の光ファイバジャイロを示す図であ
る。 （主要部分の符号の説明）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一の長さの光ファイバよりなる２本の光ファイ
   バループを近接して設けた事を特徴とする光ファイバジ
   ャイロ。
2. （２）前記２本の光ファイバループは一方が信号検出用
   光ファイバループで、他方が雑音除去用光ファイバルー
   プであり、該雑音除去用光ファイバループは、その半分
   が前記信号検出用光ファイバループと同方向に、他の半
   分が逆方向に巻回して構成する事を特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光ファイバジャイロ。
3. （３）前記信号検出用光ファイバループと前記雑音除去
   用光ファイバループは、同一方向に巻回され、且ついず
   れも伸縮部を備え、両伸縮部はそれぞれの光ファイバル
   ープの全長の１／２の長さの位置からの距離が同一で互
   いに逆方向の端部に設けた事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光ファイバジャイロ。
4. （４）前記信号検出用光ファイバループと前記雑音除去
   用光ファイバループは、２つのコアが１つのクラッドに
   内包されるダブルコアの光ファイバにて構成する事を特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の光ファイバジャイ
   ロ。
5. （５）前記２本の光ファイバループは同一方向に同一回
   数相隣接して巻回され、かつ変調部がそれぞれの光ファ
   イバループの相異なる端部に設けられる事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光ファイバジャイロ。