JPS6333612A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
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- JPS6333612A JPS6333612A JP17680586A JP17680586A JPS6333612A JP S6333612 A JPS6333612 A JP S6333612A JP 17680586 A JP17680586 A JP 17680586A JP 17680586 A JP17680586 A JP 17680586A JP S6333612 A JPS6333612 A JP S6333612A
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- optical fiber
- fiber
- drum
- wound
- light
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- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- UKUVVAMSXXBMRX-UHFFFAOYSA-N 2,4,5-trithia-1,3-diarsabicyclo[1.1.1]pentane Chemical compound S1[As]2S[As]1S2 UKUVVAMSXXBMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
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Classifications
-
- 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
- G01C19/721—Details
- G01C19/722—Details of the mechanical construction
-
- 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
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4439—Auxiliary devices
- G02B6/4457—Bobbins; Reels
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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】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、光ファイバルーグ内を互いに逆方向に伝搬す
る光の干渉光を検出してたとえば運動体の回転角速度を
検出する光フアイバジャイロに関する。
る光の干渉光を検出してたとえば運動体の回転角速度を
検出する光フアイバジャイロに関する。
(従来の技術)
光フアイバジャイロは、たとえば運動体の回転角速度を
検出する方式の1つであり、回転体に固定された光ファ
イバループを互いに逆方向に伝搬する光のサニヤック(
Sagnac )の位相差を検出する。この光フアイバ
ルーズを用いた光フアイバジャイロは、光源の出力端か
ら干渉光の検出端までの光の伝搬路をすべて光ファイバ
で構成することも可能であプ、高精度、長寿命、低価格
化が期待され、近年注目され活発に開発されている。
検出する方式の1つであり、回転体に固定された光ファ
イバループを互いに逆方向に伝搬する光のサニヤック(
Sagnac )の位相差を検出する。この光フアイバ
ルーズを用いた光フアイバジャイロは、光源の出力端か
ら干渉光の検出端までの光の伝搬路をすべて光ファイバ
で構成することも可能であプ、高精度、長寿命、低価格
化が期待され、近年注目され活発に開発されている。
この光フアイバジャイロの原理は第6図を参照して説明
される。すなわち、光源(1)より出た光はバー7ミツ
ー(2)により2分され、それぞれ光ファイバループ(
4)の両端の光ファイバに入射する。これらの光は光フ
ァイバルーグ(4)内を右回りと左回りに伝搬した後、
それぞれ反対側の端部よ抄出射し、ハーフミラ−(2)
Kより合成されて光検出5(3)へと導かれる。この時
、光ファイバループ(4)が回転していると、右回りと
左回りに伝搬する光に回転角速度に比例した、次の(1
)式で示されるいわゆるサニヤックの位相差Δ0が生ず
る。
される。すなわち、光源(1)より出た光はバー7ミツ
ー(2)により2分され、それぞれ光ファイバループ(
4)の両端の光ファイバに入射する。これらの光は光フ
ァイバルーグ(4)内を右回りと左回りに伝搬した後、
それぞれ反対側の端部よ抄出射し、ハーフミラ−(2)
Kより合成されて光検出5(3)へと導かれる。この時
、光ファイバループ(4)が回転していると、右回りと
左回りに伝搬する光に回転角速度に比例した、次の(1
)式で示されるいわゆるサニヤックの位相差Δ0が生ず
る。
4πaL
Δ“−Cλ Ω 11)
Δθ:?ニヤツク効果による位相差
a :yt、yアイバルーグ半径
L :光ファイバループ長
C:真空中の光の速度
λ :尤の波長
Ω :回転角速度
また、干渉光の出力■は
I ”A (]+cosΔθ)(2)
A :定数
となり、したがって、この干渉光の強度変化から回転角
速度Ωを検出することが可能となる。
速度Ωを検出することが可能となる。
光フアイバジャイロでは、(1)式よシわかるようにそ
の感度が光ファイバルーズ長りに比例する為、光ファイ
バを長く巻回することで、その測定精度を向上させるこ
とができる。しかしながらその反面、光ファイバは周囲
の温度の影響によってその長さおよび屈折率が変化する
ため、光の伝搬時間に比較して急激な温度変化に対して
はその影響が無視できなくなり干渉光に温度による位相
誤差が発生する。
の感度が光ファイバルーズ長りに比例する為、光ファイ
バを長く巻回することで、その測定精度を向上させるこ
とができる。しかしながらその反面、光ファイバは周囲
の温度の影響によってその長さおよび屈折率が変化する
ため、光の伝搬時間に比較して急激な温度変化に対して
はその影響が無視できなくなり干渉光に温度による位相
誤差が発生する。
この影響を第7図を参照して説明する。
光フアイバルーズ(4)を構成する光ファイバ(6)の
全長をLとし、この光ファイバ(6)の−万の端から!
の距離にある微少区間をdiとする。
全長をLとし、この光ファイバ(6)の−万の端から!
の距離にある微少区間をdiとする。
区間ditを通過する光の移相蓋は2πn di/λ(
n:屈折率、λ:光の波長)であるから、温度変化に対
する伝搬光の位相変化1丁、 工 2tdl dn dT(2πndl/λ)=λ(B+ncL) (3)
α :熱膨張係数 となる。受光素子に入射し干渉する両回り光は、次の(
4)式で示される伝搬時間差Δtだけ異なった時間に区
間diを通過するため、温度変化量が時間的に変化して
いる環境では左右両回り光に、区間dA!より肪起され
る位相差dφ((5)式で示される)が発生する。
n:屈折率、λ:光の波長)であるから、温度変化に対
する伝搬光の位相変化1丁、 工 2tdl dn dT(2πndl/λ)=λ(B+ncL) (3)
α :熱膨張係数 となる。受光素子に入射し干渉する両回り光は、次の(
4)式で示される伝搬時間差Δtだけ異なった時間に区
間diを通過するため、温度変化量が時間的に変化して
いる環境では左右両回り光に、区間dA!より肪起され
る位相差dφ((5)式で示される)が発生する。
dφ= 2rn dl (dn−+α)(L−24りΔ
T +J) f5)Cλ dT dT(1) :区間dlKおける単位時間あたシの温度
変化。
T +J) f5)Cλ dT dT(1) :区間dlKおける単位時間あたシの温度
変化。
したがって、(5)式を光ファイバ(6)の全長にわた
って積分すること罠より、温度変動に伴なう両回り光の
位相差φは、 φヨSB dφd! リテ(−88−+α)ro(L 2AりΔT(〕)dJ
(6)と求められる。
って積分すること罠より、温度変動に伴なう両回り光の
位相差φは、 φヨSB dφd! リテ(−88−+α)ro(L 2AりΔT(〕)dJ
(6)と求められる。
(6)式より計算される値はたとえば光ファイバループ
を構成する光ファイバ長をI Km 、光の波長を0.
85μmとし、ファイバルーズの内周と外周の温度変化
の差を1℃/ m i nとした場合、10”radの
オーダーとなり、例えば微少な位相差を検出し高精度の
測定を行う光フアイバジャイロでは無視できない十分大
きな誤差要因となる。
を構成する光ファイバ長をI Km 、光の波長を0.
85μmとし、ファイバルーズの内周と外周の温度変化
の差を1℃/ m i nとした場合、10”radの
オーダーとなり、例えば微少な位相差を検出し高精度の
測定を行う光フアイバジャイロでは無視できない十分大
きな誤差要因となる。
この問題を解決するため、従来の光フアイバジャイロで
は、たとえば光ファイバドラムに熱伝導性の良い材料を
用いることによシ光ファイバループ各部での温間変化を
均一にして、上記位相誤差を低減しようとしたものがあ
る。
は、たとえば光ファイバドラムに熱伝導性の良い材料を
用いることによシ光ファイバループ各部での温間変化を
均一にして、上記位相誤差を低減しようとしたものがあ
る。
しかしながら、この方法は温度変化が光の伝搬時間に比
べて緩やかである場合には有効であるが、急激な温度変
化に対しては位相誤差を発生し、温度KwJに伴うドリ
フトを生じるという欠点があった。また上記問題点を解
決する他の方法とじて光7アイパルーグ全体を温度制御
し、常に一定の温度に保つ方法があるが、この場合構成
が複雑化し高価格となるうえ、ウオームアツプ時間が必
要となり、立上シ時間が長くなる等の欠点を有していた
。
べて緩やかである場合には有効であるが、急激な温度変
化に対しては位相誤差を発生し、温度KwJに伴うドリ
フトを生じるという欠点があった。また上記問題点を解
決する他の方法とじて光7アイパルーグ全体を温度制御
し、常に一定の温度に保つ方法があるが、この場合構成
が複雑化し高価格となるうえ、ウオームアツプ時間が必
要となり、立上シ時間が長くなる等の欠点を有していた
。
(発明が解決しようとする問題点)
このように従来の元ファイバジャイロテハ、急激な温度
変化に対しては光ファイバループを伝搬する光に位相誤
差が発生し、温度変動に伴うドリフトを生じるという問
題点があった。
変化に対しては光ファイバループを伝搬する光に位相誤
差が発生し、温度変動に伴うドリフトを生じるという問
題点があった。
そこで本発明はこのような問題点を解決するためになさ
れたもので、簡単な構成で出力ドリフトの極めて小さい
安定した温度特性を有する光フアイバジャイロを提供す
ることを目的とする。
れたもので、簡単な構成で出力ドリフトの極めて小さい
安定した温度特性を有する光フアイバジャイロを提供す
ることを目的とする。
(問題点を解決するための手段)
本発明による光フアイバジャイロは、光フアイバルーズ
を構成する光ファイバを、その長平方向の中央から互い
に等距離にある部分が光ファイバドラムの軸方向及び径
方向においてほぼ同じ位置にくるように巻回するように
したものである0(f″l:用) 本発明による光ファイIくジャイロでは、上記した構成
によシ上記(6)式の積分値がほぼ零となシ、温度変化
に伴う位相誤差を極めて小さくすることができる0 (実施例) 以下、本発明による光7アイ/くジャイロの一実施例を
第1図乃至第5図を参照して説明する0第1図は、本発
明による光ファイノくジャイロの一実施例に用いられる
光7アイノくルーズの構成力法を示すもので、第1図(
a)乃至第1図te)に元ファイバの光ファイノくドラ
ムへの巻き刀が順に示されている0 すなわち、 (1)光ファイバループ(4)に使用されるファイIく
の甲央位t(7)をドラム(5)の片側の端(51)に
セットする。この中央位置(7)の両側の元ファイノく
の一力(61)をA、他7i (62)をBとする0(
第1図(a))(2) 片側のファイバ、たとえばA側
のファイノ<(61)をドラム(5)の外周に涜ってド
ラム(5)の他端(52)まですき間なく巻回する。(
第1図(b))(3)巻回したA側のファイバ(61)
の上に、今度はB側のファイバ(62)を逆回りに他端
(52)まですき間なく巻回する0(第1図(C)) (4)更にもう1度、B側のファイノ< (62)を今
巻いたファイバ(62)の上に元の端(5])まで巻回
する0(第1図(d)) (5)次にA側のファイバ(6])を他端(52)から
−万端(51)まで巻回したのち、再び他端(52)ま
で巻回する0(第1図(e)) (6)以下、(3)から(5)の手順をくり返し、ファ
イノ((61)、7アイバ(62)を交互に2層ずつ巻
回して光フアイバルーズ(4)を構成する0 第2図は、このように構成された光ファイI(ルーズ(
4)を元ファイバドラム(5)の中心軸(53)を含む
平面で切った場合の断面図であり、第1図と対応する部
分には第1図と同番号を付す0光フアイバ(61)の断
面にはx印が付され、光ファイノ<(62)の断面には
何も付されていない。光ファイ/<(61)及び光ファ
イバ(62)は中央位置(7)から互いに矢印で示す方
向に巻回されていき、したがって、最も内側の層の次の
第2層目からは光ファイ−<(61)。
を構成する光ファイバを、その長平方向の中央から互い
に等距離にある部分が光ファイバドラムの軸方向及び径
方向においてほぼ同じ位置にくるように巻回するように
したものである0(f″l:用) 本発明による光ファイIくジャイロでは、上記した構成
によシ上記(6)式の積分値がほぼ零となシ、温度変化
に伴う位相誤差を極めて小さくすることができる0 (実施例) 以下、本発明による光7アイ/くジャイロの一実施例を
第1図乃至第5図を参照して説明する0第1図は、本発
明による光ファイノくジャイロの一実施例に用いられる
光7アイノくルーズの構成力法を示すもので、第1図(
a)乃至第1図te)に元ファイバの光ファイノくドラ
ムへの巻き刀が順に示されている0 すなわち、 (1)光ファイバループ(4)に使用されるファイIく
の甲央位t(7)をドラム(5)の片側の端(51)に
セットする。この中央位置(7)の両側の元ファイノく
の一力(61)をA、他7i (62)をBとする0(
第1図(a))(2) 片側のファイバ、たとえばA側
のファイノ<(61)をドラム(5)の外周に涜ってド
ラム(5)の他端(52)まですき間なく巻回する。(
第1図(b))(3)巻回したA側のファイバ(61)
の上に、今度はB側のファイバ(62)を逆回りに他端
(52)まですき間なく巻回する0(第1図(C)) (4)更にもう1度、B側のファイノ< (62)を今
巻いたファイバ(62)の上に元の端(5])まで巻回
する0(第1図(d)) (5)次にA側のファイバ(6])を他端(52)から
−万端(51)まで巻回したのち、再び他端(52)ま
で巻回する0(第1図(e)) (6)以下、(3)から(5)の手順をくり返し、ファ
イノ((61)、7アイバ(62)を交互に2層ずつ巻
回して光フアイバルーズ(4)を構成する0 第2図は、このように構成された光ファイI(ルーズ(
4)を元ファイバドラム(5)の中心軸(53)を含む
平面で切った場合の断面図であり、第1図と対応する部
分には第1図と同番号を付す0光フアイバ(61)の断
面にはx印が付され、光ファイノ<(62)の断面には
何も付されていない。光ファイ/<(61)及び光ファ
イバ(62)は中央位置(7)から互いに矢印で示す方
向に巻回されていき、したがって、最も内側の層の次の
第2層目からは光ファイ−<(61)。
(62)は交互に2層ずつ巻回される0このような巻回
方法によれば、ファイノ(ルーズ(4)を構成する元フ
ァイノくけドラム(5)の軸方向。
方法によれば、ファイノ(ルーズ(4)を構成する元フ
ァイノくけドラム(5)の軸方向。
および径方向のどちらの方向においても、中央位R(7
)から等距離にある部分例えば(611)と(621)
力tはぼ同位置にくるようKなる0(これは他の等距離
にある部分例えば(612)と(622)等をとってみ
℃も同様である0 )この場合、上記(6)式の積分記
号内の各項(L−21)、ΔT(ハはそれぞれ第3図乃
至第5図のような関数となる0ただしΔT(均itドラ
ム(5)の温度変化に伴い種々の異なった関数となる。
)から等距離にある部分例えば(611)と(621)
力tはぼ同位置にくるようKなる0(これは他の等距離
にある部分例えば(612)と(622)等をとってみ
℃も同様である0 )この場合、上記(6)式の積分記
号内の各項(L−21)、ΔT(ハはそれぞれ第3図乃
至第5図のような関数となる0ただしΔT(均itドラ
ム(5)の温度変化に伴い種々の異なった関数となる。
第4図はドラム(5)の軸方向で温度変化かある場合の
一例であり、第5図はドラム(5)の径方向で温度変化
がある場合の一例である0いずれにしても、光ファイバ
(6)が上述した1法で光ファイノくドラム(5)に巻
回されていれば項(L−2J)は第3図に示すように光
ファイノ< (6)の中央位置(J=y)を中心に寄関
数となり、また、項ΔT (A’)は第4図または第5
図に示すように偶関数に極めて近い形となる。したがっ
て、(6)式における積分値はほぼゼロとなり、温Ui
化に伴う位相誤差を極めて小さくすることができる。
一例であり、第5図はドラム(5)の径方向で温度変化
がある場合の一例である0いずれにしても、光ファイバ
(6)が上述した1法で光ファイノくドラム(5)に巻
回されていれば項(L−2J)は第3図に示すように光
ファイノ< (6)の中央位置(J=y)を中心に寄関
数となり、また、項ΔT (A’)は第4図または第5
図に示すように偶関数に極めて近い形となる。したがっ
て、(6)式における積分値はほぼゼロとなり、温Ui
化に伴う位相誤差を極めて小さくすることができる。
このように光ファイバループ(4)を構成する光ファイ
バ16)を、その長手方向の中央位置(7)を光ファイ
バドラム(5)の端部に設定し、その中央位!(力を始
点にして右回り左回り、左回り、右回り、右回り・・・
と、始めの一層を除いて、二層目からは、左右両回りに
互いに二層ずつ交互に巻回することによシ光ファイバ(
6)の受ける温度変化が、その中央位置(力を中心に、
光ファイバドラム(5)の軸力向および径方向に関しほ
ぼ対称となる。これにより、光ファイバドラム(5)の
軸方向あるいは径方向に不均一な温度変化が存在または
急激な温厩父化が生じても(6)式により計算される位
相誤差は極めて微少となり温度変動に対し出力ドリフト
の極めて小さい安定した温1’i%性を示す元ファイバ
ジャイロが構成できる。
バ16)を、その長手方向の中央位置(7)を光ファイ
バドラム(5)の端部に設定し、その中央位!(力を始
点にして右回り左回り、左回り、右回り、右回り・・・
と、始めの一層を除いて、二層目からは、左右両回りに
互いに二層ずつ交互に巻回することによシ光ファイバ(
6)の受ける温度変化が、その中央位置(力を中心に、
光ファイバドラム(5)の軸力向および径方向に関しほ
ぼ対称となる。これにより、光ファイバドラム(5)の
軸方向あるいは径方向に不均一な温度変化が存在または
急激な温厩父化が生じても(6)式により計算される位
相誤差は極めて微少となり温度変動に対し出力ドリフト
の極めて小さい安定した温1’i%性を示す元ファイバ
ジャイロが構成できる。
lお、本発明による光フアイバジャイロは、光ファイバ
ループを有するものであれば位相変調方式9周波数変調
方式等の方式を問わず適用できる0 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、極めて簡単な構成
で、出力ドリフトの極めて小さい安定した温度特性を示
す光フアイバジャイロを提供することができ実用上の効
果は大である。
ループを有するものであれば位相変調方式9周波数変調
方式等の方式を問わず適用できる0 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、極めて簡単な構成
で、出力ドリフトの極めて小さい安定した温度特性を示
す光フアイバジャイロを提供することができ実用上の効
果は大である。
iX1図及び第2図は本発明による光フアイバジャイロ
に用いられる光フアイバルーズを説明する図、第3図乃
至第5図は、第1図または第2図に示される光フアイバ
ルーズの特性を説明する図、第6図及び第7図は従来の
光フアイバジャイロを説明する図である。 (4)・・・光フアイバルーズ、(5)・・・光ファイ
バドラム、(6)、 (6])、 C62)・・・光
ファイバ。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 (61)、C6:L) 光ファイバ 第 1 記 第2刀 躬斗図 第5関 男 7 l
に用いられる光フアイバルーズを説明する図、第3図乃
至第5図は、第1図または第2図に示される光フアイバ
ルーズの特性を説明する図、第6図及び第7図は従来の
光フアイバジャイロを説明する図である。 (4)・・・光フアイバルーズ、(5)・・・光ファイ
バドラム、(6)、 (6])、 C62)・・・光
ファイバ。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 (61)、C6:L) 光ファイバ 第 1 記 第2刀 躬斗図 第5関 男 7 l
Claims (1)
- 光ファイバの長手方向の中央から互いに等距離にある部
分が、光ファイバドラムの軸方向及び径方向においてほ
ぼ同じ位置にくるように巻回された光ファイバループを
具備する光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17680586A JPS6333612A (ja) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17680586A JPS6333612A (ja) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6333612A true JPS6333612A (ja) | 1988-02-13 |
Family
ID=16020145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17680586A Pending JPS6333612A (ja) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6333612A (ja) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63256812A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-24 | Mitsubishi Precision Co Ltd | 光ファイバジャイロの製造方法 |
JPH0534165A (ja) * | 1991-03-01 | 1993-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光回転検出装置及びその制御方法 |
US5475774A (en) * | 1991-11-25 | 1995-12-12 | Honeywell Inc. | Optical fiber sensor coil using reverse quadrupoles and method of winding same |
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