JPS62135719A - サニヤツク干渉計による回転速度の測定方法及び装置 - Google Patents
サニヤツク干渉計による回転速度の測定方法及び装置Info
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- JPS62135719A JPS62135719A JP61277795A JP27779586A JPS62135719A JP S62135719 A JPS62135719 A JP S62135719A JP 61277795 A JP61277795 A JP 61277795A JP 27779586 A JP27779586 A JP 27779586A JP S62135719 A JPS62135719 A JP S62135719A
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- 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
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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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、光ファイバ・サニヤック干渉計内に回転によ
り誘発される位相変調に係る。
り誘発される位相変調に係る。
背景技術
基本的な光ファイバ・サニヤック干？ＩＨ−は、ビーム
を実質的に等しい二つの部分に分割するビーム分割器に
入射するコヒーレント光を与えるレーザー光源を含んで
いる。ビームは次いで特定の半径の１ターンまたはそれ
以上のターン数のコイル内の成る長さの光ファイバの各
端のなかへ結合させられる。光ビームはコイルの回りを
相反方向に伝播し、またビーム分割器において再結合す
る。
を実質的に等しい二つの部分に分割するビーム分割器に
入射するコヒーレント光を与えるレーザー光源を含んで
いる。ビームは次いで特定の半径の１ターンまたはそれ
以上のターン数のコイル内の成る長さの光ファイバの各
端のなかへ結合させられる。光ビームはコイルの回りを
相反方向に伝播し、またビーム分割器において再結合す
る。
二つのコヒーレント光ビームがビーム分割’１５ 内で
干渉することにより、二つのビームの間の相対的位相差
と共に正弦的に変化する強度を有する先出力信号が生ず
る。位相差が非可逆９Ｊｊ果、すなわち二つの相反方向
に伝播するビームを異なってオフセットさせる現象、に
起因して生ずることは理解されよう。（両ビームに等し
り影響する可逆効果は干渉の際に打ち消し合う）。一つ
のこのような非可逆効果はサニヤック効果と呼ばれる本
質的に相対論的な現象であり、それによりコイルに対し
て垂直な軸線の回りの光ファイバコイルの回転が二つの
相反方向に伝播するビームの間の位相シフトを誘発する
。（例えばイー・ジェイ・ポスト（Ｅ、Ｊ、Ｐｏ５ＬＬ
レビユー・モダーン・フィジックス（Ｒｅｖ、Ｍｏｄｅ
ｒｎ Ｐｌ＋ｙｓ、） ３９．４７５ （１９６７）
参照）。光ジヤイロスコープは、例えば上記の光ファイ
バ・サニヤック干渉計の精巧な形式であってよい干渉計
内で誘発されるサニヤック位相シフトを検出且つ測定す
ることにより作動する。しかし、このような基本的な実
現の仕方では、低い回転速度に対する干渉計の感度が低
い。これは、もし回転速度が零であれば（二つの相反方
向に伝播するビームの間に位相差が存在しなければ）、
ビームが構造的に相互作用して最大光強度への上昇をも
たらすからである。位相差が零である時、余弦特性曲線
のピークで作動するために感度も零である、低い回転速
度（小さい位相差）に対しては感度が相応に低い。回転
速度が増大するにつれて、感度は、位相差π／２の点に
於ける余弦特性曲線の急峻な傾斜に相応して最大感度に
到達するまで増大する。従って、低い回転速度まで高い
感度で回転を検出するためには、π／２の非可逆位相シ
フトバイアスを実現する必要がある。サニヤック干渉計
の本質的な対称性のゆえに（相反方向に伝播するビーム
は反対方向に同一の経路を進行するので）信頼性に冨む
制御可能な位相シストを行うための手段は少ない。光フ
ァイバ回転センサで広く採用されている一つの方法は、
コイルの一端の付近に小さい周期的伸長を行わせるため
の装置を配置する必要がある。コイルの両端に進入する
二つのビームがこの伸長器を少し異なる時点で通過する
ので、二つのビームは少し異なる経路長さを走り、また
位相差の非可逆的変調が生ずる。変調の結果として、回
転速度情報が変調周波数の高調波に於ける出力内に得ら
れ、また例えば変調周波数に於ける信号が前記のように
π／２の位相によりバイアスされる。このような変調器
を実現するための手段は１９・８５年８月２８日付けの
“光ファイバセンザ用の位相変調器”という名称の米国
特許出願第７６８．３０８号明細書に開示されている。
干渉することにより、二つのビームの間の相対的位相差
と共に正弦的に変化する強度を有する先出力信号が生ず
る。位相差が非可逆９Ｊｊ果、すなわち二つの相反方向
に伝播するビームを異なってオフセットさせる現象、に
起因して生ずることは理解されよう。（両ビームに等し
り影響する可逆効果は干渉の際に打ち消し合う）。一つ
のこのような非可逆効果はサニヤック効果と呼ばれる本
質的に相対論的な現象であり、それによりコイルに対し
て垂直な軸線の回りの光ファイバコイルの回転が二つの
相反方向に伝播するビームの間の位相シフトを誘発する
。（例えばイー・ジェイ・ポスト（Ｅ、Ｊ、Ｐｏ５ＬＬ
レビユー・モダーン・フィジックス（Ｒｅｖ、Ｍｏｄｅ
ｒｎ Ｐｌ＋ｙｓ、） ３９．４７５ （１９６７）
参照）。光ジヤイロスコープは、例えば上記の光ファイ
バ・サニヤック干渉計の精巧な形式であってよい干渉計
内で誘発されるサニヤック位相シフトを検出且つ測定す
ることにより作動する。しかし、このような基本的な実
現の仕方では、低い回転速度に対する干渉計の感度が低
い。これは、もし回転速度が零であれば（二つの相反方
向に伝播するビームの間に位相差が存在しなければ）、
ビームが構造的に相互作用して最大光強度への上昇をも
たらすからである。位相差が零である時、余弦特性曲線
のピークで作動するために感度も零である、低い回転速
度（小さい位相差）に対しては感度が相応に低い。回転
速度が増大するにつれて、感度は、位相差π／２の点に
於ける余弦特性曲線の急峻な傾斜に相応して最大感度に
到達するまで増大する。従って、低い回転速度まで高い
感度で回転を検出するためには、π／２の非可逆位相シ
フトバイアスを実現する必要がある。サニヤック干渉計
の本質的な対称性のゆえに（相反方向に伝播するビーム
は反対方向に同一の経路を進行するので）信頼性に冨む
制御可能な位相シストを行うための手段は少ない。光フ
ァイバ回転センサで広く採用されている一つの方法は、
コイルの一端の付近に小さい周期的伸長を行わせるため
の装置を配置する必要がある。コイルの両端に進入する
二つのビームがこの伸長器を少し異なる時点で通過する
ので、二つのビームは少し異なる経路長さを走り、また
位相差の非可逆的変調が生ずる。変調の結果として、回
転速度情報が変調周波数の高調波に於ける出力内に得ら
れ、また例えば変調周波数に於ける信号が前記のように
π／２の位相によりバイアスされる。このような変調器
を実現するための手段は１９・８５年８月２８日付けの
“光ファイバセンザ用の位相変調器”という名称の米国
特許出願第７６８．３０８号明細書に開示されている。
１９８５年５月１７日付けの１受動的サニヤツク干渉計
内の回転により誘発される位相変調”という名称の米国
特許出願第７３５．２３５号明細書によれば、サニヤッ
ク干渉計はベース内のプラットフォーム上に取り付けら
れており、所与の軸線の回りに振動させられる。振動は
周期的に変化するサニヤック位相差を誘発し、それによ
り干渉計からの出力信号の強度が機械的振動に関係付け
られる周波数で変調される。測定されるべき回転速度に
関する所望の情報は変調周波数の高調波に於ける出力中
に存在している。同期復調又はディジタル信号処理のよ
うな適当な検出技術がこの情報を再現させるために使用
され得る。この方法を実現するには、ファイバコイルを
振動させるための手段が用意されなければならない。高
感度なジャイロスコープ計器では、このコイルは、例え
ば飛行中に温度変化および衝撃を受ける時にコイルを保
持するのに通した金属又はセラミックスから成っていて
よい型の上に支えられなければならないｌｋｍを越える
長さの光ファイバを含んでいてよい。
内の回転により誘発される位相変調”という名称の米国
特許出願第７３５．２３５号明細書によれば、サニヤッ
ク干渉計はベース内のプラットフォーム上に取り付けら
れており、所与の軸線の回りに振動させられる。振動は
周期的に変化するサニヤック位相差を誘発し、それによ
り干渉計からの出力信号の強度が機械的振動に関係付け
られる周波数で変調される。測定されるべき回転速度に
関する所望の情報は変調周波数の高調波に於ける出力中
に存在している。同期復調又はディジタル信号処理のよ
うな適当な検出技術がこの情報を再現させるために使用
され得る。この方法を実現するには、ファイバコイルを
振動させるための手段が用意されなければならない。高
感度なジャイロスコープ計器では、このコイルは、例え
ば飛行中に温度変化および衝撃を受ける時にコイルを保
持するのに通した金属又はセラミックスから成っていて
よい型の上に支えられなければならないｌｋｍを越える
長さの光ファイバを含んでいてよい。
加えて、コンパクトな構造を得る目的で、追加的なジャ
イロスコープ構成要素がコイル型の内部に組み入れられ
得る。こうして、本質的にジャイロスコープ全体を支持
し且つ振動させるための手段が設りられていなければな
らない。
イロスコープ構成要素がコイル型の内部に組み入れられ
得る。こうして、本質的にジャイロスコープ全体を支持
し且つ振動させるための手段が設りられていなければな
らない。
発明の開示
本発明の目的は、サニヤック干渉計内で振動的な位相変
調を達成するための方法であって、駆動に関する必要条
件を軽減且つ簡単化し得る方法を提案することである。
調を達成するための方法であって、駆動に関する必要条
件を軽減且つ簡単化し得る方法を提案することである。
本発明の他の目的は、このような変調を達成するための
装置を提供することである。
装置を提供することである。
本発明によれば、検出コイルの一端から成る長さのファ
イバが、検出コイルに無関係に自由に回転し得る第２の
コイルを形成するべく巻かれている。適当な周波数及び
適当な振幅でのこの第２のコイルの振動は、干渉出力信
号を変調するのに適した時間遅延されたサニヤック位相
差を誘発する。検出コイルの一端の付近の少数のターン
を振動させることにり、１辰動させられなければならな
いファイバの質量が大幅に減ぜられ、またパフケージン
グが簡ｊＱ化される。検出コイルは固定されているので
、特別な取り付けを必要としない。これらの利点を実現
するべ（、ここに開示されるように、変調コイルは比較
的高い周波数で振動させられなりればならない。
イバが、検出コイルに無関係に自由に回転し得る第２の
コイルを形成するべく巻かれている。適当な周波数及び
適当な振幅でのこの第２のコイルの振動は、干渉出力信
号を変調するのに適した時間遅延されたサニヤック位相
差を誘発する。検出コイルの一端の付近の少数のターン
を振動させることにり、１辰動させられなければならな
いファイバの質量が大幅に減ぜられ、またパフケージン
グが簡ｊＱ化される。検出コイルは固定されているので
、特別な取り付けを必要としない。これらの利点を実現
するべ（、ここに開示されるように、変調コイルは比較
的高い周波数で振動させられなりればならない。
さらに本発明によれば、上記の時間遅延された振動的位
相変調を行うのに使用され得る光ファイバ振動子が開示
されている。この撮動子は、半径方向に延びており圧電
効果により誘発される運動力に応答して機械的に同期し
て曲げられるスポークを有する剛固な支持ハブから成っ
ている。サニヤック干渉計の光路の一部分である光ファ
イバはスポークの外側の回りにリム状に巻き付けられて
おり、また光路内へ導き入れられた相反方向に伝播する
光ビームの間の位相差の変調を行うため振動的に回転さ
れるようにスポークに取り付けられている。それにより
、再結合された光ビームの強度が変調される。変調され
且つ再結合された光ビームは、予め選定された周波数を
抽出し、またそれにより例えば位相敏感検出により被測
定現象の所望の上＊を得るべく、コンディショニングを
受ける。
相変調を行うのに使用され得る光ファイバ振動子が開示
されている。この撮動子は、半径方向に延びており圧電
効果により誘発される運動力に応答して機械的に同期し
て曲げられるスポークを有する剛固な支持ハブから成っ
ている。サニヤック干渉計の光路の一部分である光ファ
イバはスポークの外側の回りにリム状に巻き付けられて
おり、また光路内へ導き入れられた相反方向に伝播する
光ビームの間の位相差の変調を行うため振動的に回転さ
れるようにスポークに取り付けられている。それにより
、再結合された光ビームの強度が変調される。変調され
且つ再結合された光ビームは、予め選定された周波数を
抽出し、またそれにより例えば位相敏感検出により被測
定現象の所望の上＊を得るべく、コンディショニングを
受ける。
さらに本発明によれば、上記の振動子のスポークは、剛
固な支持ハブに取り付けられており各々が外部励起源へ
の接続用の電極を有する圧電性べンダー坂から！ｌｉ！
潰されていてよい。外部励起源は、同期して駆動される
ように各板に同一に接続されていてよく、また光ファイ
バコイルはハブ軸線の回りに振動させられる。
固な支持ハブに取り付けられており各々が外部励起源へ
の接続用の電極を有する圧電性べンダー坂から！ｌｉ！
潰されていてよい。外部励起源は、同期して駆動される
ように各板に同一に接続されていてよく、また光ファイ
バコイルはハブ軸線の回りに振動させられる。
さらに本発明によれば、スポークは非圧電性の可撓性材
料から製造され、その一つ又はそれ以上がスポークに取
り付けられていない端に間隔をおいて固定されており外
部励起源への接続用の電極を有する組み合わされた圧電
性長手方向エキスパンダー・バーにより駆動されてよい
。それにより各バーの同期化された長手方向膨張はスポ
ークの同期化された曲がりを生じさせ、また取り付けら
れた光ファイバループによりハブ軸線の回りの振動を生
ずる。例として、１００ｋＨｚで作動し得る長手方向圧
電性エキスパンダー・バーにより駆シＪされる可撓性ス
ポークを有する振動子が開示されている。１００ ｋ
）［ｚはｌｋｍのファイバ光路を有する回転センサに対
する最適変調周波数である。１００ｋＨｚの周波数で振
動させられる直径５ｃｍの変調コイルに対して、最適振
動振幅は例えば約２９Ｖで駆動される１０ターンの変調
器コー（ルにより得られる。現在市販品として入手可能
な圧電性ヘングーを使用する振動子はより低い周波数で
の作動に適している。
料から製造され、その一つ又はそれ以上がスポークに取
り付けられていない端に間隔をおいて固定されており外
部励起源への接続用の電極を有する組み合わされた圧電
性長手方向エキスパンダー・バーにより駆動されてよい
。それにより各バーの同期化された長手方向膨張はスポ
ークの同期化された曲がりを生じさせ、また取り付けら
れた光ファイバループによりハブ軸線の回りの振動を生
ずる。例として、１００ｋＨｚで作動し得る長手方向圧
電性エキスパンダー・バーにより駆シＪされる可撓性ス
ポークを有する振動子が開示されている。１００ ｋ
）［ｚはｌｋｍのファイバ光路を有する回転センサに対
する最適変調周波数である。１００ｋＨｚの周波数で振
動させられる直径５ｃｍの変調コイルに対して、最適振
動振幅は例えば約２９Ｖで駆動される１０ターンの変調
器コー（ルにより得られる。現在市販品として入手可能
な圧電性ヘングーを使用する振動子はより低い周波数で
の作動に適している。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は以下にその
最良の実施例を図面により詳細に説明するなかで一層明
らかになろう。
最良の実施例を図面により詳細に説明するなかで一層明
らかになろう。
発明を実施するための最良の形態
第１図には本発明によるサニヤック回転センサ１０が示
されている。このセンサはファイバの多数のループを検
出コイル内の非対称位置、例えばファイバループの一端
に有する１辰動する位相変調器１２を含んでいる。この
位相変調器は、コイルがその回りに回転される中心軸線
１６を有する削固なハブ１４の回りに振動的に回転され
る。
されている。このセンサはファイバの多数のループを検
出コイル内の非対称位置、例えばファイバループの一端
に有する１辰動する位相変調器１２を含んでいる。この
位相変調器は、コイルがその回りに回転される中心軸線
１６を有する削固なハブ１４の回りに振動的に回転され
る。
第ｉｔｂに示されているセンサは、光ファイバ２０、結
合器２２、偏光器２４及び他の結合器２６を順次に経て
一対の光ファイバ２８．３０内へ伝播させられるコヒー
レント光のダイオード光源１日を含んでおり、一対の光
ファイバ２８．３０は分割されたビームを互いに反対方
向に、場合によってはキロメートルのオーダー又はそれ
以上の長さのファイバを有するファイバ検出コイル内へ
伝播させる。
合器２２、偏光器２４及び他の結合器２６を順次に経て
一対の光ファイバ２８．３０内へ伝播させられるコヒー
レント光のダイオード光源１日を含んでおり、一対の光
ファイバ２８．３０は分割されたビームを互いに反対方
向に、場合によってはキロメートルのオーダー又はそれ
以上の長さのファイバを有するファイバ検出コイル内へ
伝播させる。
１９８５年５月１７日付けの“回転により誘発される受
動的サニヤック干渉針内の位相変調”という名称の米国
特許出願第７３５．２３５号明細書に開示されているよ
うに、センサ１０全体又は光ファイバループ３２全体は
プラットフォーム上に置かれ、また相反方向に伝播する
ビームの間の位相差の変調を誘発させるためループの面
に対して典型的に垂直な軸線の回りに振動させられ得る
。本発明は、上記の方法を改良するため、コイルの一端
の付近の小さい第２の変調コイル１２の振動により所望
の位相変調を生じさせるものである。振動させられるべ
き全質量が顕著に減ぜられる点で、この方法は特に有利
である。また変調器コイルが好都合に、例えば検出コイ
ルの内側に取り付けられ得るので、複雑さが減ぜられ且
つ一層コンパクトに設計された装置が得られる。相反方
向に伝播するビームは結合器２６に於いて再結合され、
また戻りビームが結合器２２に於いて分割されて光ファ
イバ３６を経て固体検出器３８へ与えられることを例外
としてダイオード光源Ｉ８からの伝播経路と同一の経路
に沿って再伝播する。
動的サニヤック干渉針内の位相変調”という名称の米国
特許出願第７３５．２３５号明細書に開示されているよ
うに、センサ１０全体又は光ファイバループ３２全体は
プラットフォーム上に置かれ、また相反方向に伝播する
ビームの間の位相差の変調を誘発させるためループの面
に対して典型的に垂直な軸線の回りに振動させられ得る
。本発明は、上記の方法を改良するため、コイルの一端
の付近の小さい第２の変調コイル１２の振動により所望
の位相変調を生じさせるものである。振動させられるべ
き全質量が顕著に減ぜられる点で、この方法は特に有利
である。また変調器コイルが好都合に、例えば検出コイ
ルの内側に取り付けられ得るので、複雑さが減ぜられ且
つ一層コンパクトに設計された装置が得られる。相反方
向に伝播するビームは結合器２６に於いて再結合され、
また戻りビームが結合器２２に於いて分割されて光ファ
イバ３６を経て固体検出器３８へ与えられることを例外
としてダイオード光源Ｉ８からの伝播経路と同一の経路
に沿って再伝播する。
変調器ドライバ４０は駆動信号を導線４２を経て変調器
１２に、また参照信号を導線４４を経て、導線４日上の
被検出信号にも応答するロックイン増幅器４６に与える
。このロックイン増幅器は、検出された回転に比例する
出力信号を４線５０上に与える。
１２に、また参照信号を導線４４を経て、導線４日上の
被検出信号にも応答するロックイン増幅器４６に与える
。このロックイン増幅器は、検出された回転に比例する
出力信号を４線５０上に与える。
位相差の時間遅延された振動的変調が第１図中に示され
ているような検出コイルの一端の付近の少数のターンの
振動により得られる。第１図中では、検出コイルは剛固
に固定されている。変調コイルのみが“振動矢印”５２
により示されているように変調コイル軸線１６の回りに
周期的に駆動される。時間遅延された振動による方法の
利点は、振動させられなければならないファイバの質量
が大幅に減ぜられること、また検出コイルが固定されて
いるので特殊な取り付けを必要としないためにパッケー
ジングが簡単化されることを含んでいる。これらの利点
を実現するため、変調コイルは比・校的１ＴｒＵい振動
数で振動させられなければならない。
ているような検出コイルの一端の付近の少数のターンの
振動により得られる。第１図中では、検出コイルは剛固
に固定されている。変調コイルのみが“振動矢印”５２
により示されているように変調コイル軸線１６の回りに
周期的に駆動される。時間遅延された振動による方法の
利点は、振動させられなければならないファイバの質量
が大幅に減ぜられること、また検出コイルが固定されて
いるので特殊な取り付けを必要としないためにパッケー
ジングが簡単化されることを含んでいる。これらの利点
を実現するため、変調コイルは比・校的１ＴｒＵい振動
数で振動させられなければならない。
二つの異なる振動子機構が第２図及び第４図に示されて
いる。第３図は第２図の機構の斜視図である。第２図に
示されている振動子では、ファイバコイル６０は、ハブ
７０に剛固に取り付けられそれから半径方向に外方に延
びているスポークとして配置された積層圧電性ペングー
板６２．６４．６６及び６．８に取り付けられている。
いる。第３図は第２図の機構の斜視図である。第２図に
示されている振動子では、ファイバコイル６０は、ハブ
７０に剛固に取り付けられそれから半径方向に外方に延
びているスポークとして配置された積層圧電性ペングー
板６２．６４．６６及び６．８に取り付けられている。
励起リードの折り返された対７２．７４が、各ペングー
板の各面に取り付けられている電極パッド７６に取り付
けられている。これらの電掘パッドは第３図中に一層分
かり易く示されている。ペングー板は第２図中に破線で
示されているように同一の角度だけ同一の時点で同一の
方向に曲げられるように同期して励起される。このこと
は、コイル全体が光ファイバを伸長又は圧縮させること
なしに回転されることを保証する。第３図中に破線で示
されている型８０が、コイル６０がこの型の上に巻かれ
得るようにヘングー仮に取り付けられていてよい。市販
品として入手可能なヘングーを使用するこのような振動
子は主として、数１００ Ｈｚのオーダーの比較的低い
振動数での作動に適している。
板の各面に取り付けられている電極パッド７６に取り付
けられている。これらの電掘パッドは第３図中に一層分
かり易く示されている。ペングー板は第２図中に破線で
示されているように同一の角度だけ同一の時点で同一の
方向に曲げられるように同期して励起される。このこと
は、コイル全体が光ファイバを伸長又は圧縮させること
なしに回転されることを保証する。第３図中に破線で示
されている型８０が、コイル６０がこの型の上に巻かれ
得るようにヘングー仮に取り付けられていてよい。市販
品として入手可能なヘングーを使用するこのような振動
子は主として、数１００ Ｈｚのオーダーの比較的低い
振動数での作動に適している。
０．５〜ｌｋｍの長さの検出コイルを有する光ファイバ
センサの最適作動のためには、１００〜２００ ｋ ｌ
Ｉ ｚのオーダーの振動数が必要とされる。
センサの最適作動のためには、１００〜２００ ｋ ｌ
Ｉ ｚのオーダーの振動数が必要とされる。
この範囲内で作動し得る機構が第４図に示されている。
再び、ファイバコイル９０は、ハブ１００にＭｌ＋固に
取り付けられそれから半径方向に外方に延びているスポ
ーク９２．９４．９６．９８に取り付けられている。こ
の場合、スポークは薄い可撓性の支持板である。直線状
の圧電性エキスパンダー１０２．１０４が、図示されて
いるように、それぞれスポーク９８．９４に取り付けら
れている。同期して駆動されるとき、コイルの振動は矢
印１０Ｇにより示されているように生ずる。
取り付けられそれから半径方向に外方に延びているスポ
ーク９２．９４．９６．９８に取り付けられている。こ
の場合、スポークは薄い可撓性の支持板である。直線状
の圧電性エキスパンダー１０２．１０４が、図示されて
いるように、それぞれスポーク９８．９４に取り付けら
れている。同期して駆動されるとき、コイルの振動は矢
印１０Ｇにより示されているように生ずる。
特別な振動子の設計パラメータは下記のようにして決定
される。第１図の干渉計に対して、式％式％ ここで、φ。は位相変調の振幅、またωｍは変調信号の
角速度 により定義される位相差φ□の時間遅延された周期的変
調により、変調周波数で変化する検出されたパワーの成
分は下式により与えられる（例えばケイ、ボーム（Ｋ、
Ｂｏｈｍ）、ピー、ルサー（ｒ’、 Ｒｕ５ｓｅｒ）、
イー、ワイプル（ＩＥ、讐ｅｉｄｅｌ）及びアール、ウ
ルリソヒ（Ｒ，ＬＩＩｒｉｃｔ＋） ”低ノイズの光フ
ァイバ回転検出”、オプティソクスレターズ（Ｏｐｔｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、直、６４（１９８１）を参照
）。
される。第１図の干渉計に対して、式％式％ ここで、φ。は位相変調の振幅、またωｍは変調信号の
角速度 により定義される位相差φ□の時間遅延された周期的変
調により、変調周波数で変化する検出されたパワーの成
分は下式により与えられる（例えばケイ、ボーム（Ｋ、
Ｂｏｈｍ）、ピー、ルサー（ｒ’、 Ｒｕ５ｓｅｒ）、
イー、ワイプル（ＩＥ、讐ｅｉｄｅｌ）及びアール、ウ
ルリソヒ（Ｒ，ＬＩＩｒｉｃｔ＋） ”低ノイズの光フ
ァイバ回転検出”、オプティソクスレターズ（Ｏｐｔｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、直、６４（１９８１）を参照
）。
Ｐω＝ＰＯｓｉｎφｓＪ＋（２φ０ｓｉｎωｍτ／２）
ｓｉｎωｍ【 ここで、φＳ＝検出された回転によるザニャノク位相シ
フト ［＝これらの光ファイバを通過する光に対する伝播時間 Ｉ）ｏ−ファイバコイルに入射するパワーＪＩ＝第１次
ベッセル関数 最大の出力信号を生ずるためにこのパワーを最大化する
ことが望ましいことは理解されよう。このことは、もし
ベッセル関数のアーギュメントが関係式 ％式％ を満足するならば、達成される。項ｓｉｎωｍτ／２は
ωｍτ＝πに対して最大値ｌをとる。例として、長さｌ
ｋｍのファイバコイルに対しては、１００ ｋ Ｈｚの
変調周波数がこの条件を満足するために必要とされる。
ｓｉｎωｍ【 ここで、φＳ＝検出された回転によるザニャノク位相シ
フト ［＝これらの光ファイバを通過する光に対する伝播時間 Ｉ）ｏ−ファイバコイルに入射するパワーＪＩ＝第１次
ベッセル関数 最大の出力信号を生ずるためにこのパワーを最大化する
ことが望ましいことは理解されよう。このことは、もし
ベッセル関数のアーギュメントが関係式 ％式％ を満足するならば、達成される。項ｓｉｎωｍτ／２は
ωｍτ＝πに対して最大値ｌをとる。例として、長さｌ
ｋｍのファイバコイルに対しては、１００ ｋ Ｈｚの
変調周波数がこの条件を満足するために必要とされる。
ω□τ＝πでは、ベッセル関数の最大値は変調振幅φｏ
＝０．９２ｒａｄで得られる。もちろん、相応により低
い位相振幅を与えることにより、より低い変調周波数で
パワーを最大化することも可能である。ここに説明する
設計は上記の条件、ずなわちω□τ＝π及びφ。＝０．
９２ｒａｄに基づいている。加えて、検出コイルの長さ
は、条件ω□τ＝πを満足する周波数が１００ ｋ Ｈ
ｚであるようにｌｋｍに選定される。
＝０．９２ｒａｄで得られる。もちろん、相応により低
い位相振幅を与えることにより、より低い変調周波数で
パワーを最大化することも可能である。ここに説明する
設計は上記の条件、ずなわちω□τ＝π及びφ。＝０．
９２ｒａｄに基づいている。加えて、検出コイルの長さ
は、条件ω□τ＝πを満足する周波数が１００ ｋ Ｈ
ｚであるようにｌｋｍに選定される。
本発明の振動する変調器に対しては、変調振幅φ０は下
式により与えられる。
式により与えられる。
φｏ＝ （２π２ Ｎｄ ２ ／λＣ）θｍωｍここで
、Ｎ−変調器コイルのターン数 ｄ＝変調器コイルの直径 λ−ベースソースにより放射される光の波長 Ｃ＝光の速度 θｍ＝変調器コイルの１辰動の振幅 ｄ＝５ｃｍ、λ＝０．８５／ｊｍ及びωｍ＝１００ｋ
Ｈｚに対して、上記の式はφｏ＝１２６Ｎθｍを与える
。もしφｏ＝ｏ、９２ｒａｄが必要とされるならば、Ｍ
Ｎθｍの必要条件は Ｎ０ｍ”’７．３ Ｘ １０ ’″’ ｒａｄとなる。
、Ｎ−変調器コイルのターン数 ｄ＝変調器コイルの直径 λ−ベースソースにより放射される光の波長 Ｃ＝光の速度 θｍ＝変調器コイルの１辰動の振幅 ｄ＝５ｃｍ、λ＝０．８５／ｊｍ及びωｍ＝１００ｋ
Ｈｚに対して、上記の式はφｏ＝１２６Ｎθｍを与える
。もしφｏ＝ｏ、９２ｒａｄが必要とされるならば、Ｍ
Ｎθｍの必要条件は Ｎ０ｍ”’７．３ Ｘ １０ ’″’ ｒａｄとなる。
第４図の“スポーク・プッシャー”変調器を参照すると
、エキスパンダー・バーは市販品として入手可能なセラ
ミックス（例えばオハイオ州ベッドフォードのバーニト
ロン・ピエゾエレクトリック・ディビジョンによりＰＺ
Ｔ−５Ｈと呼ばれる材料）から製造され得る。長さｌ（
単位：ｍ）のＰＺＴ−５Ｈの薄いバーに対して、共振周
波数ｒ（単位：Ｈｚ）はｆ ＝ １４２０／ｆｆにより
与えられる。従って、長さ！、 ４２ ｃ ｆｎのバー
は、変調器に対して望ましい周波数である１ ００ ｋ
Ｈｚの共振周波数を有する。長さβ及び厚みｔのＰＺ
Ｔバーに対して、共振周波数に於いて与えられた電圧Ｖ
に起因する長さｌの変化は下式から決定される。
、エキスパンダー・バーは市販品として入手可能なセラ
ミックス（例えばオハイオ州ベッドフォードのバーニト
ロン・ピエゾエレクトリック・ディビジョンによりＰＺ
Ｔ−５Ｈと呼ばれる材料）から製造され得る。長さｌ（
単位：ｍ）のＰＺＴ−５Ｈの薄いバーに対して、共振周
波数ｒ（単位：Ｈｚ）はｆ ＝ １４２０／ｆｆにより
与えられる。従って、長さ！、 ４２ ｃ ｆｎのバー
は、変調器に対して望ましい周波数である１ ００ ｋ
Ｈｚの共振周波数を有する。長さβ及び厚みｔのＰＺ
Ｔバーに対して、共振周波数に於いて与えられた電圧Ｖ
に起因する長さｌの変化は下式から決定される。
ΔＪ＝Ｑｃｉ３１ （ｌ／Ｌ）Ｖ
ここで、ｄ３１は横断電圧に起因する直線状膨張に対す
る圧電定数、またＱは共振バーの機械的Ｑである。もし
アクチベータ１０２．１０’４が第４図中に示されてい
るようにスポークの中央に配置されているならば、バー
の運動は周囲に於ける２の係数により乗算される。従っ
て、変調振幅θ□は下式により見出される。
る圧電定数、またＱは共振バーの機械的Ｑである。もし
アクチベータ１０２．１０’４が第４図中に示されてい
るようにスポークの中央に配置されているならば、バー
の運動は周囲に於ける２の係数により乗算される。従っ
て、変調振幅θ□は下式により見出される。
θｍ””４Ｑ （ｄ ３ ＋ ｅ／ｄ ｔ） Ｖここで
、Ｑ−ＰＺＴバーの機械的Ｑ ｄｚ＋＝ＰＺＴバーの圧電定数 ！１＝ＰＺＴバーの長さ ｔ＝ＰＺＴバーの厚み ｄ＝変調器コイルの直径 Ｖ−ＰＺＴバーに与えられる駆動電圧 光に導かれた必要条件Ｎθｍ＝７．３ＸＩＱ−４ｒａｄ
に上記のθｍを代入し、またメーカーにより発表されて
いるＰＺＴ−５Ｈ（ｄ３＋＝２７４×１０′″１２
ｍ ／ Ｖ ）のＱの値、Ｑ＝６５、を使用すると、厚
み０．０７９ｃｍの長さ１．４２ｃｍのバーに対しては
、もし変調器上のターン数Ｎと駆動電圧Ｖとの積が関係 ＮＶ−２８６ を満足するならば、所望の変調器性能が得られることが
見出される。
、Ｑ−ＰＺＴバーの機械的Ｑ ｄｚ＋＝ＰＺＴバーの圧電定数 ！１＝ＰＺＴバーの長さ ｔ＝ＰＺＴバーの厚み ｄ＝変調器コイルの直径 Ｖ−ＰＺＴバーに与えられる駆動電圧 光に導かれた必要条件Ｎθｍ＝７．３ＸＩＱ−４ｒａｄ
に上記のθｍを代入し、またメーカーにより発表されて
いるＰＺＴ−５Ｈ（ｄ３＋＝２７４×１０′″１２
ｍ ／ Ｖ ）のＱの値、Ｑ＝６５、を使用すると、厚
み０．０７９ｃｍの長さ１．４２ｃｍのバーに対しては
、もし変調器上のターン数Ｎと駆動電圧Ｖとの積が関係 ＮＶ−２８６ を満足するならば、所望の変調器性能が得られることが
見出される。
このことは、例えばＩＯターンのファイバ及び２８、６
Ｖの駆動電圧により容易に達成される。現在市販品と
して入手可能なペングー板では、第１図及び第２図に示
されている変調器は低い周波数での駆りｊにのみ適して
いる。例として、バーニトロンＰＺＴ−５Ｂに対しては
、ペングー板の共振周波数は下式により与えられる。
Ｖの駆動電圧により容易に達成される。現在市販品と
して入手可能なペングー板では、第１図及び第２図に示
されている変調器は低い周波数での駆りｊにのみ適して
いる。例として、バーニトロンＰＺＴ−５Ｂに対しては
、ペングー板の共振周波数は下式により与えられる。
ｒ ｒ＝４３．１８ ｔ／ｆｆ ２ （ｋＨｚ）ここで
、ｌは坂の長さ、またｔは板の厚みである（単位：ｃｍ
）。（オハイオ州ベッドフォードのバーニトロン・ピエ
ゾエレクトリック・ディビジョンのエンジニアリングレ
ポートＴＰ２３７参照）。厚みＯ，０７９３８ｃｍ、長
さ２．５４ｃｍの板に対しては、共振周波数は約５３０
１（ｚである。しかし、より高い共振周波数を有する板
が、このような坂の変位が減ぜられる設定駆動電圧に対
して設計され得る。それにもかかわらず、この変調器は
低い周波数又は低い変調振幅が適当であるコアに使用さ
れ得る。
、ｌは坂の長さ、またｔは板の厚みである（単位：ｃｍ
）。（オハイオ州ベッドフォードのバーニトロン・ピエ
ゾエレクトリック・ディビジョンのエンジニアリングレ
ポートＴＰ２３７参照）。厚みＯ，０７９３８ｃｍ、長
さ２．５４ｃｍの板に対しては、共振周波数は約５３０
１（ｚである。しかし、より高い共振周波数を有する板
が、このような坂の変位が減ぜられる設定駆動電圧に対
して設計され得る。それにもかかわらず、この変調器は
低い周波数又は低い変調振幅が適当であるコアに使用さ
れ得る。
以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
第１図は検出ループの一部分を振動させられる本発明に
よる光ファイバ回転センサの簡単化されたブロック図で
ある。 第２図は本発明による変１１器の簡単化された平面図で
ある。 第３図は第２図の変調器の斜視図である。 第４図は本発明による他の変調器の簡単化された平面図
である。 １０・・・サニヤック回転センサ、１２・・・位相変調
器、１４・・・ハブ、１６・・・中心軸線、１８・・・
光源、２０・・・光ファイバ、２２・・・結合器、２４
・・・偏光器、２６・・・結合器、２８．３０・・・一
対の光ファイバ、３２・・・ファイバ検出コイル、３６
・・・光ファイバ、３８・・・固体検出器、４０・・・
変調器ドライバ、４６・・・ロックイン増幅器、６０・
・・ファイバコイル、６２〜６８・・・積層圧電性ペン
グー板、７６・・・電極パッド、８０・・・型、９２〜
９８・・・スポーク、１０２．１０４・・・圧電性エキ
スパンダー 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション
よる光ファイバ回転センサの簡単化されたブロック図で
ある。 第２図は本発明による変１１器の簡単化された平面図で
ある。 第３図は第２図の変調器の斜視図である。 第４図は本発明による他の変調器の簡単化された平面図
である。 １０・・・サニヤック回転センサ、１２・・・位相変調
器、１４・・・ハブ、１６・・・中心軸線、１８・・・
光源、２０・・・光ファイバ、２２・・・結合器、２４
・・・偏光器、２６・・・結合器、２８．３０・・・一
対の光ファイバ、３２・・・ファイバ検出コイル、３６
・・・光ファイバ、３８・・・固体検出器、４０・・・
変調器ドライバ、４６・・・ロックイン増幅器、６０・
・・ファイバコイル、６２〜６８・・・積層圧電性ペン
グー板、７６・・・電極パッド、８０・・・型、９２〜
９８・・・スポーク、１０２．１０４・・・圧電性エキ
スパンダー 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション
Claims (3)
- （１）サニャック干渉計を使用して回転速度を測定する
ための方法に於いて、 少なくとも一部分が検出コイルとして使用するための光
ファイバの第一のコイルから成る光ファイバ光路に沿っ
て相反方向に伝播するコヒーレント光ビームを生じさせ
る過程と、 サニャック効果により回転速度と共に変化する強度を有
する干渉出力信号を生じさせるべく、相反方向に伝播す
るビームを再結合させるための手段を設ける過程と、 変調器コイルとして使用するため、第一のコイルの一端
の付近の相反方向に伝播するビームの光路内に配置され
ており、第一のコイルに無関係に自由に回転し得る光フ
ァイバの分離した第二のコイルを設ける過程と、 回転速度情報を含む出力信号の強度が振動の周波数で変
調されるように、相反方向に伝播するビームの間に時間
的に変化する位相シフトを生じさせるため、第二のコイ
ルを振動させる過程と、干渉出力信号を検出し且つそれ
を示す電気的出力信号を得る過程と、 回転速度を示す信号を再現させるべく電気的出力信号を
復調する過程と を含んでいることを特徴とするサニャック干渉計による
回転速度の測定方法。 - （２）サニャック干渉計を使用して光学的に回転速度を
測定するための装置に於いて、 検出コイルとして使用するための光ファイバの第一のコ
イルと、 少なくとも一部分が光ファイバの第一のコイルから成る
光ファイバ光路に沿って相反方向に伝播するコヒーレン
ト光ビームを生じさせるための手段と、 サニャック効果により回転速度と共に変化する強度を有
する干渉出力信号を生じさせるべく、相反方向に伝播す
るビームを再結合させるための手段と、 変調器コイルとして使用するため、第一のコイルの一端
の付近の相反方向に伝播するビームの光路内に配置され
ており、第一のコイルに無関係に自由に回転し得る光フ
ァイバの分離した第二のコイルと、 回転速度情報を含む出力信号の強度が振動の周波数で変
調されるように、相反方向に伝播するビームの間に時間
的に変化する位相シフトを生じさせるため、第二のコイ
ルを振動させるための手段と、 干渉出力信号を示す電気的出力信号を得るため、干渉出
力信号に応答する検出手段と、 回転速度を示す信号を再現させるべく電気的出力信号を
復調するため、電気的出力信号に応答する電子的手段と を含んでいることを特徴とするサニャック干渉計による
回転速度の測定装置。 - （３）光ファイバ振動子に於いて、 軸線を有する剛固な支持ハブと、 圧電効果により誘発される運動力に応答して機械的に同
期して曲がるべく、ハブ軸線から半径方向に外方に延び
ているスポークと、 サニャック干渉計の光路の一部分であり、位相差変調を
行うためハブ軸線の回りを回転して振動させられるよう
に、スポークの外側の回りにリム状に巻き付けられて、
それに取り付けられている光ファイバと を含んでいることを特徴とする光ファイバ振動子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US799780 | 1985-11-21 | ||
| US06/799,780 US4786173A (en) | 1985-11-21 | 1985-11-21 | Method and apparatus for phase modulating a fiber-optic rotation sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62135719A true JPS62135719A (ja) | 1987-06-18 |
| JPH0778430B2 JPH0778430B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=25176727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61277795A Expired - Lifetime JPH0778430B2 (ja) | 1985-11-21 | 1986-11-20 | サニヤツク干渉計による回転速度の測定方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4786173A (ja) |
| EP (1) | EP0223730B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0778430B2 (ja) |
| DE (1) | DE3685092D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04106413A (ja) * | 1990-08-27 | 1992-04-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光フアイバジヤイロの信号処理方式 |
| RU94027291A (ru) * | 1991-11-25 | 1996-06-20 | Ханивелл Инк. (Us) | Волоконнооптическая катушка, способ ее намотки и многослойная катушка |
| DE4209099C1 (en) * | 1992-03-20 | 1993-07-15 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg, De | Rotation rate detector for fibre ring interferometer output signal - contains parallel signal derivation branches and correction element controlled by deviation signal |
| US5739944A (en) * | 1996-10-28 | 1998-04-14 | Kvh Industries, Inc. | Support system for resonating element of phase modulator |
| US6775435B1 (en) * | 1999-11-01 | 2004-08-10 | Oplink Communications, Inc. | Wavelength interleaver |
| CN106633062B (zh) | 2016-12-30 | 2018-12-28 | 浙江新和成特种材料有限公司 | 一种低氯含量的聚苯硫醚及其制备方法、树脂组合物和成形体 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2471583A1 (fr) * | 1979-12-14 | 1981-06-19 | Thomson Csf | Procede et dispositif de modulation de la phase des ondes circulant dans un interferometre en anneau |
| US4314174A (en) * | 1980-03-25 | 1982-02-02 | Litton Systems, Inc. | Piezoelectric transducer drive having temperature compensation |
-
1985
- 1985-11-21 US US06/799,780 patent/US4786173A/en not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-11-13 DE DE8686630170T patent/DE3685092D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-11-13 EP EP86630170A patent/EP0223730B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-11-20 JP JP61277795A patent/JPH0778430B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0778430B2 (ja) | 1995-08-23 |
| EP0223730A3 (en) | 1988-08-03 |
| EP0223730B1 (en) | 1992-04-29 |
| US4786173A (en) | 1988-11-22 |
| DE3685092D1 (de) | 1992-06-04 |
| EP0223730A2 (en) | 1987-05-27 |
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