KR20130107979A - 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법 - Google Patents

광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법 Download PDF

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KR20130107979A KR1020120030206A KR20120030206A KR20130107979A KR 20130107979 A KR20130107979 A KR 20130107979A KR 1020120030206 A KR1020120030206 A KR 1020120030206A KR 20120030206 A KR20120030206 A KR 20120030206A KR 20130107979 A KR20130107979 A KR 20130107979A
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Abstract

본 발명은 광섬유 자이로 장치의 회전 감지부인 광섬유 고리(Fiber Coil)의 열적 특성을 이용하여, 광섬유 자이로 장치에 가해지는 온도 섭동(Temperature Preturbation)에 의해 발생하는 출력 드리프트(drift) 현상을 보상하는 것이 가능한 광섬유 자이로 장치 및 그것의 출력 보상방법 그리고 광섬유 고리의 온도 의존도 정보 산출방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치는 광원으로부터 출력되는 광을 제1 및 제2 광으로 분할하는 광학부, 상기 제1 및 제2 광을 각각 시계방향 및 반시계 방향으로 도파되도록 형성되는 광섬유 고리부, 상기 광섬유 고리부를 도파한 상기 제1 및 제2 광에 대응되는 간섭신호를 검출하는 검출부, 상기 광원으로부터 출력되는 광의 위상이 변조되도록 상기 광에 위상변조 신호를 가하고, 상기 검출부를 통해 출력되는 간섭신호를 입력으로 받아 회전정보를 출력하고, 상기 간섭신호에서 제1 및 제2 광 사이에 광 위상차이가 발생하지 않는 초기의 상태로 복원되도록 광 위상변조신호를 제어하는 폐회로 제어부, 상기 광섬유 고리부 중심점 온도 및 상기 광섬유 고리부 주변 온도를 측정하도록 형성되는 센서부 및 상기 센서부를 통해 측정되는 상기 광섬유 고리부 중심점 온도 및 상기 광섬유 고리부 주변 온도의 온도 차이 및 광섬유 고리 열적 특성의 온도 의존도를 이용하여 산출되는 보상값을 통해, 임의의 온도에 대해 상기 회전정보를 보상하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법{FIBER-OPTIC GYROSCOPES, CONPENSATION METHOD OF TRANSIERT OUTPUT ERROR DUE TO TENPERATURE PERTURBATION FOR THE FIBER-OPTIC GYROSCOPES, AND CALCULATIOn METHOD OF THE CONPENSATION VALUE FOR THE FIBER-OPTIC GYROSCOPES}
발명은 광섬유 자이로 장치의 회전 감지부인 광섬유 고리(Fiber Coil)의 열적 특성을 이용하여, 광섬유 자이로 장치에 가해지는 온도 섭동(Tenperature Preturbation)에 의해 발생하는 과도상태의 출력 드리프트(drift) 현상을 보상하는 것이 가능한 광섬유 자이로 장치 및 그것의 출력 보상방법 그리고 광섬유 고리의 온도 의존도 정보 산출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 실리카(Silica) 기반의 광섬유는 온도변화에 따라 유효 모드 굴절율(effective node index)이 변하는 특성이 있다. 이러한 유효 모드 굴절율의 변화는 광섬유가 광섬유 자이로 장치의 샤낙(Sanac) 간섭계 구성에 적용될 때, 광 경로이 차이를 유발하게 되고, 결국, 광섬유 자이로 장치의 성능을 저하시키는 과도상태의 드리프트 성분으로 나타날 수 있다.
이와 같이, 광섬유의 온도 변화에 기인하여, 광섬유 자이로 장치의 성능을 저하시키는 과도상태의 드리프트 성분은 슈페(Shupe) 효과라고 표현될 수 있으며, 이러한 현상은 샤낙 간섭계의 크기가 커질수록 광섬유 자이로 장치에서 발생되는 위상오차의 원인이 된다.
한편, 이러한 위상오차는 회전에 의한 광의 위상정보와 구별되지 않으므로, 정밀한 광섬유 자이로 장치를 구현하기 위해서는 슈페 효과에 의한 위상 오차를 감소시킬 수 있는 방법의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치는 광원으로부터 출력되는 광을 제1 및 제2 광으로 분할하는 광학부, 상기 제1 및 제2 광을 각각 시계방향 및 반시계 방향으로 도파되도록 형성되는 광섬유 고리부, 상기 광섬유 고리부를 도파한 상기 제1 및 제2 광에 대응되는 간섭신호를 검출하는 검출부, 상기 광원으로부터 출력되는 광의 위상이 변조되도록 상기 광에 위상변조 신호를 가하고, 상기 검출부를 통해 출력되는 간섭신호를 입력으로 받아 회전정보를 출력하며, 상기 간섭신호에서 제1 및 제2 광 사이에 광 위상차이가 발생하지 않는 초기의 상태로 복원되도록 광 위상변조신호를 제어하는 폐회로 제어부, 상기 광섬유 고리부 및 상기 광섬유 고리부 주변 온도를 측정하도록 형성되는 센서부 및 상기 센서부를 통해 측정되는 상기 광섬유 고리부 및 상기 주변 온도의 온도 차이를 이용하여 산출되는 보상값을 통해, 간섭계가 감지하는 위상차 발생 신호 중 상기 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차를 보상하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 보상부는 상기 광섬유 고리부의 열적 특성과 관련된 온도 의존도를 분석하기 위한 해석적 모델을 이용하여 상기 회전정보를 보상하기 위한 보상값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 보상부는 기 설정된 업데이트 주기마다 상기 폐회로 제어부를 통해 출력되는 회전정보에 상기 산출된 보상값을 더하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 보상부는 상기 해석적 모델은 슈페(Shupe) 효과에 의한 위상오차와 관련된 하기의 [수학식 1]을 이용하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(
Figure pat00002
: 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이,
Figure pat00003
: 슈페(Shupe) 효과의 크기,
Figure pat00004
:
Figure pat00005
의 시간미분,
Figure pat00006
: 광섬유 고리의 광 섬유 총 길이,
Figure pat00007
: 광섬유를 따라 펼쳐진 곡선 가로좌표에 대응되는 광섬유 길이)
일 실시 예에 있어서, 상기 온도 의존도는 상기 [수학식 1]을 통해 도출되는 슈페 효과의 크기 (
Figure pat00008
), 하기의 [수학식 2]로 표현되는 열 전달 모델이론을 통해 도출되는 상기 광섬유 고리를 구성하는 스풀(Spool)의 열 확산도(
Figure pat00009
) 및 상기 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열확산도(
Figure pat00010
)와 관련된 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure pat00011
(K: 물질의 열확산도(thernal diffusivity),
Figure pat00012
:광섬유 고리 내부의 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이)
일 실시 예에 있어서, 상기 보상값(
Figure pat00013
)은 상기 [수학식 2]에 m번째 광섬유 고리 층에 대해 하기의 [수학식 3]으로 표현될 수 있는 좌표를 적용시켜 도출되는 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차(
Figure pat00014
)를 이용하여 산출되고, 상기 보상값(
Figure pat00015
)은 하기의 [수학식 4]로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
(
Figure pat00016
: 스풀(Spool)의 길이,
Figure pat00017
: 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 층당 평균 직경,
Figure pat00018
: 스풀의 열 확산도,
Figure pat00019
: 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열확산도)
[수학식4]
Figure pat00020
(
Figure pat00021
: 광원의 중심파장, c: 진공에서의 빛의 속도,
Figure pat00022
: 광섬유 고리의 평균 직경,
Figure pat00023
: 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 총 길이,
Figure pat00024
: 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차)
-----------------------------------------------------------------------------------
본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 고리의 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위하여 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상하는 방법은 광섬유 고리의 온도 의존도 정보 및 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00025
)를 입력받는 단계, 광대역 광원으로부터 출력된 광을 상기 광섬유 고리로 도파시키고, 상기 광섬유 고리로 상기 광이 도파된 시점과 대응되는 시점에서 상기 광섬유 고리 온도(T1) 및 상기 광섬유 고리의 주변 온도(T2)를 센싱하는 단계, 상기 업데이트 주기 동안 상기 센싱된 광섬유 고리의 온도(T1)와 상기 주변 온도(T2)의 차이에 대한 평균값을 산출하고, 산출된 평균값를 이용하여 광섬유 고리의 열적 특성 값을 결정하는 단계, 상기 광섬유 고리의 열적 특성 값을 이용하여,
Figure pat00026
을 결정하고, 결정된
Figure pat00027
을 이용하여, 보상값(
Figure pat00028
)을 산출하는 단계 및 상기 업데이트 주기에 대응되는 시점마다 폐회로 제어기로부터 출력되는 회전정보에 상기 보상값(
Figure pat00029
)을 더하여, 상기 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 광섬유 고리의 온도 의존도 정보 및 보상값 업데이트 주기를 입력받는 단계에서는 업데이트 횟수 확인용 인덱스(
Figure pat00030
) 및 광섬유 상기 자이로 장치의 보상용 누적 값 저장인자(
Figure pat00031
)를 초기화하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 열적 특성값,
Figure pat00032
및 보상값(
Figure pat00033
)은 상기 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00034
)마다 갱신되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서,
Figure pat00035
는 상기 광섬유 고리의 온도(T1) 및 상기 주변온도(T2)를 이용하여 결정할 수 있는 경계조건(
Figure pat00036
), 초기조건(
Figure pat00037
) 및 상기 광섬유 고리의 열적 특성값을 통해 산출되는 스풀의 열 확산도(
Figure pat00038
) 와 광섬유 고리 혼합체의 열 확산도(
Figure pat00039
)를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기
Figure pat00040
가 결정되는 시점은
Figure pat00041
에 대응되는 시점인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 광섬유 고리의 열적 특성 값은 슈페효과의 크기 값(A), 스풀의 열 확산도(
Figure pat00042
) 및 광섬유 고리 혼합체의 열 확산도(
Figure pat00043
)인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 보상값(
Figure pat00044
)을 산출하는 단계에서는 상기 결정된
Figure pat00045
및 상기 슈페효과의 크기 값(A)을 이용하여, 상기
Figure pat00046
에 대응되는 시점에서의 에러값(
Figure pat00047
)을 예측하고, 예측된 상기 에러값(
Figure pat00048
)을 이용하여, 상기 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00049
) 동안 발생되는 누적된 에러값(
Figure pat00050
)을 하기의 [수학식 1]과 같이 결정하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pat00051
일 실시 예에 있어서, 상기 보상값(
Figure pat00052
)은 전번 업데이트 주기에 사용된 에러값(
Figure pat00053
)에 상기 누적된 에러값(
Figure pat00054
)이 더해진 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위한 광섬유 자이로 장치의 보상값을 산출하는 방법은 광섬유 고리 온도 및 상기 광섬유 고리의 주변온도의 차이 값을 슈페(Shupe) 효과에 의한 위상오차와 관련된 하기의 [수학식 1]에 적용하는 단계, 상기 [수학식 1]에 하기의 [수학식 2]로 나타낼 수 있는 슈페효과의 크기 값(A)을 적용하는 단계, 하기의 [수학식 3]을 이용하여,
Figure pat00055
를 산출하고, 산출된
Figure pat00056
를 미분하여,
Figure pat00057
를 결정하는 단계, 상기 결정된
Figure pat00058
를 상기 슈페효과의 크기 값이 적용된 상기 [수학식 1]에 적용하여,
Figure pat00059
를 산출하는 단계 및 산출된
Figure pat00060
를 하기의 [수학식 4]에 적용하여, 광섬유 자이로 장치의 보상값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pat00061
(
Figure pat00062
: 광섬유 고리의 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이,
Figure pat00063
: 슈페(Shupe) 효과의 크기,
Figure pat00064
:
Figure pat00065
의 시간미분,
Figure pat00066
: 광섬유 고리의 광 섬유 총 길이,
Figure pat00067
: 광섬유를 따라 펼쳐진 곡선 가로좌표에 대응되는 광섬유 길이)
[수학식 2]
Figure pat00068
(
Figure pat00069
: 진공에서의 파동수,
Figure pat00070
: 광섬유의 모드 굴절률,
Figure pat00071
: 진공에서 빛의 속도,
Figure pat00072
: 광섬유의 선형 열팽창계수)
[수학식 3]
Figure pat00073
(
Figure pat00074
: 물질의 열확산도(thernal diffusivity))
[수학식 4]
Figure pat00075
(
Figure pat00076
: 보상값,
Figure pat00077
: 광원의 중심파장,
Figure pat00078
: 광섬유 고리의 평균 직경)
일 실시 예에 있어서, 하기의 [수학식 3]을 이용하여,
Figure pat00079
를 산출하고, 산출된
Figure pat00080
를 미분하여,
Figure pat00081
를 결정하는 단계에서,
Figure pat00082
는 하기의 [수학식 5]로 표현되는 좌표변환을 이용하여, 산출되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 5]
Figure pat00083
(
Figure pat00084
: 금속 스풀의 길이,
Figure pat00085
는 광섬유 고리의 층당 평균 직경,
Figure pat00086
: 금속 스풀의 열 확산도,
Figure pat00087
: 광섬유 고리 혼합체의 열 확산도)
일 실시 예에 있어서, 상기 수학식 [2]는 상기 [수학식 1]을 이용하여, 하기의 [수학식 6]과 같이 이산화되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure pat00088
(
Figure pat00089
: 광섬유 고리의 층수,
Figure pat00090
: n층에서의 온도차이 변화율,
Figure pat00091
: n층에서의 광섬유 길이)
본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 광섬유 고리를 통해 실험적으로 확인되는 광섬유 고리의 열적 특성과 관련된 온도 의존성을 이용하여 슈페 효과에 의한 과도상태의 광섬유 자이로 장치 위상오차를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 다양한 온도에서 온도 섭동을 인가한 후 광섬유 자이로 장치의 출력, 광섬유 고리의 중심점 온도 및 광섬유 고리의 주변 온도를 측정하고, 측정된 결과들을 해석적 모델을 이용하여 열적 특성과 관련된 온도 의존성을 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 광섬유 고리의 열적 특성과 관련된 온도 의존도를 수식화 하여, 해석적 모델에 대입함으로써, 실시간으로 주어진 온도 환경에서 예측되는 광섬유 자이로 장치의 오차를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 출력 보상방법 그리고 광섬유 고리의 온도 의존도 정보 산출방법은 광섬유 고리의 제작 상태와 상관없이, 넓은 온도 범위에서 광섬유 고리의 열적 특성을 제공받을 수 있어, 임의의 온도 섭동에 대해서 실시간으로 슈페효과에 의한 과도상태의 광섬유 자이로 장치 위상오차를 보상할 수 있다.
도 1 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에서 살펴본 광섬유 자이로 장치의 일 구성요소인 광섬유 고리부의 구조에 대한 개념도이다.
도 3a는 단방향 권선기법으로 제작된 광섬유 고리부의 단면도이다.
도 3b는 쌍극자 권선기법으로 제작된 광섬유 고리부의 단면도이다.
도 3c는 4중극자 권선기법으로 제작된 광섬유 고리부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해석적 모델을 이용하여, 광섬유 고리부의 열적 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치의 출력값을 보상하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법에 대하여 살펴본다.
도 1 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치의 블록도이다.
광섬유 자이로 장치는 각속도를 측정하는 회전센서의 일종으로서, 샤낙(Sagnac)효과를 이용하여, 광섬유 고리(또는 광섬유 고리부)에 인가된 회전정보를 감지할 수 있다.
이와 같이, 광섬유 고리에 인가된 각속도를 측정하는 것이 가능한 광섬유 자이로 장치(10)의 상세한 구성을 도 1을 참조하여 살펴본다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 자이로 장치(10)는 광원(11), 광결합기(12), 광학부(13), 광섬유 고리부(14), 검출기(15), 폐회로 제어기(16) 및 보상기(17) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. (본 명세서에서는 '광섬유 고리부'와 ‘광섬유 고리’의 용어를 혼용하여 사용할 수 있다)
여기에서, 상기 광원(11)은 광대역 광원(broadband light source)으로서, 상기 광원(11)에서 발생되는 빛은 광학부(13)를 통과한다.
광학부(13)는 직접 광학소자를 포함하고, 상기 광원(11)으로부터 출력되는 빛은 두 갈래의 빛, 즉, 제1 광 및 제2 광으로 분할된다.
여기에서, 상기 집적 광학소자는 양자교환기법을 이용하여, 도파로를 형성할 수 있으며, 광 위상변조기 및 편광기 역할을 동시에 수행할 수 있는 다기능 광소자이다.
상기 광학부(13)에서 분할된 제1 광 및 제2 광은 각각 광섬유 고리부(14)에 시계방향 및 반시계 방향으로 도파될 수 있다.
한편, 폐회로 제어부(16)는 상기 검출부(15)를 통해 검출된 간섭신호로부터 광섬유 고리부(14)에서 감지된 회전정보를 산출하고, 이를 이용하여 집적 광학소자를 제어하는 위상변조 신호를 생성할 수 있다.
따라서, 상기 광학부(13)를 통과한 제1 및 제2 광의 위상은 상기 폐회로 제어부(16)에서 인가된 위상변조 신호에 대응되는 위상으로 변조된 채로 상기 광섬유 고리부(14)로 도파될 수 있다.
집적 광학소자의 제어는 두 가지 목적을 달성하기 위하여 수행될 수 있다.
일 목적은 선형적인 환산계수(Scale factor) 특성 만족을 위해 광섬유 고리부(14)에서 감지된 회전 물리량에 비례하여 발생하는 샤냑(Sagnac) 효과 및 각종 오차요인에 의해 발생하는 광 위상 차이에 의해 변화된 간섭신호를 광 위상 차이가 인가되지 않은 초기 상태로 환원시키기 위하여, 직접 광학소자의 제어가 이루어질 수 있다.
다른 일 목적은 온도의 변화에 의해 변화되는 집적 광학소자의 전기광학 효과로 인해 발생 가능한 광 위상변조 진폭오차 문제를 해결하기 위해 간섭신호로부터 진폭오차를 계산하고 이를 교정하기 위하여, 직접 광학소자의 제어가 이루어질 수 있다.
상기 두 가지 목적은 일반적으로 램프 신호 및 사각파 신호를 합친 형태인 세로다인(Serrodyne) 신호를 변조신호로 이용함으로써 달성될 수 있다.
광 위상 차이에 의해 변화된 간섭신호를 광 위상 차이가 인가되지 않은 초기 상태로 환원시키기 위해서는 램프 신호의 기울기를 제어함으로써 수행 가능하다.
또한 광 위상변조 진폭오차 문제는 사각파 신호의 진폭을 제어함으로 해결될 수 있다. 따라서 각각 제어된 램프 및 사각파 신호를 더함으로써 발생 가능한 세로다인(Serrodyne) 신호를 집적 광학소자를 제어하는 광 위상변조 신호로 이용하게 되면 상기의 두 가지 목적 달성이 가능하다.
이에, 폐회로 제어부(16)는 램프 및 사각파 신호를 제어하는 동시에 이로부터 세로다인 신호를 발생시키고 이를 집적 광학소자에 인가하는 변조신호로 활용함으로써 상기 두 가지 목적을 달성할 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 광은 상기 광섬유 고리부(14)를 시계방향 및 반시계방향으로 각각 도파된 후, 다시 상기 광학부(13)에서 하나의 광으로 간섭될 수 있다.
이때, 상기 간섭된 광은 광결합기(12)를 거쳐 검출부(15)로 입력된다. 여기에서, 검출부(15)는 상기 간섭된 광에 대응되는 간섭신호를 검출하는 것으로서, 상기 간섭신호를 전류의 양으로 검출할 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 광은 상기 광섬유 고리부(14)로 도파되어 간섭계를 형성함으로써 광섬유 자이로를 동작시키고, 상기 광섬유 자이로가 동작하는 시점 혹은 그 이후에 대응되는 시점에 센서부(18)는 상기 광섬유 고리부(14) 및 상기 광섬유 고리부 주변의 온도를 측정한다. 이는 상기 출력되는 광의 위상정보에 상기 광섬유 고리부(14)의 온도영향으로 인한 오차를 보상하기 위함이다.
다음으로, 앞서 살펴본 폐회로 제어부(16)는 상기 검출부(15)에서 출력되는 상기 간섭신호를 입력받고, 입력된 간섭신호를 집적 광학소자에 인가한 변조신호를 이용하여 복조시킴으로써 제1 및 제2 광으로부터 형성된 간섭계가 감지한 광의 위상정보를 추출하며, 위상정보에 비례하는 회전정보를 출력한다.
한편, 보상부(17)는 상기 폐회로 제어부(16)로부터 상기 회전정보를 입력받아, 광섬유 고리부(14)의 온도섭동에 의한 영향 저감시키기 위한 보상값을 상기 회전정보에 더하여, 상기 간섭계로부터 출력된 정보에 대응하는 보상된 회전정보를 출력한다.
상기 보상부(17)는 온도 섭동에 의해 발생한 광섬유 자이로 장치(10)의 오차를 예측하여, 일정 시간(예를 들어, 업데이트 주기)마다 상기 오차를 제어할 수 있다.
즉, 상기 보상부(17)는 기 설정된 업데이트 주기마다, 상기 폐회로 제어부(16)를 통해 출력되는 회전정보에 보상값(
Figure pat00092
)을 더할 수 있다.
여기에서, 상기 보상값은 상기 보상부(17)에 의해 산출되며, 상기 보상부(17)는 광섬유 고리부(14)의 열적 특성과 관련된 온도 의존도를 분석하기 위한 해석적 모델을 이용하여, 상기 폐회로 제어부(16)로부터 출력되는 회전정보를 보상하기 위한 보상값(
Figure pat00093
)을 산출할 수 있다.
한편, 상기 해석적 모델은 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차와 관련된 하기의 [수학식 A]를 통해 표현될 수 있다.
[수학식 A]
Figure pat00094
여기에서,
Figure pat00095
는 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이,
Figure pat00096
는 슈페(Shupe) 효과의 크기,
Figure pat00097
는
Figure pat00098
의 시간미분,
Figure pat00099
은 광섬유 고리의 광섬유 총 길이,
Figure pat00100
은 광섬유를 따라 펼쳐진 곡선 가로좌표에 대응되는 광섬유 길이이다.
한편, 상기 온도 의존도는 상기 [수학식 A]를 통해 도출되는 슈페 효과의 크기 (
Figure pat00101
), 하기의 [수학식 B]로 표현되는 열 전달 모델이론을 통해 도출되는 상기 광섬유 고리를 구성하는 스풀(Spool)의 열 확산도(
Figure pat00102
) 및 상기 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열 확산도(
Figure pat00103
)의 온도 의존도로 표현될 수 있으며, 이들의 온도 의존도는 이론 또는 실험에 의해 온도변수의 다항식 및 지수함수 등을 이용하여 수식적으로 표현될 수 있다.
[수학식 B]
Figure pat00104
여기에서, K는 물질의 열 확산도(thermal diffusivity),
Figure pat00105
는 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이로써, 길이 ‘x’와 시간 ‘t’의 함수이다.
Figure pat00106
는 광섬유 고리 중심점에서 ‘t’ 시간에서 광섬유 고리 층 방향으로 ‘x’ 길이만큼 떨어진 지점에서의 온도와 광섬유 고리 주변 온도(T2) 차이를 의미한다. 따라서 광섬유 고리의 중심점 온도(T1)와 광섬유 고리 주변 온도(T2)의 차이를 의미하는 경계조건은 로 표현할 수 있다.
상기 보상값(
Figure pat00107
)은 상기 [수학식 B]에 m번째 광섬유 고리의 층에 대한 열 확산 측면에서의 거리를 하기의 [수학식 C]으로 표현될 수 있는 좌표를 적용시켜 도출되는 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차(
Figure pat00108
)를 이용하여 산출되고, 상기 보상값(
Figure pat00109
)은 하기의 [수학식 D]로 다시 나타낼 수 있다.
[수학식 C]
Figure pat00110
여기에서,
Figure pat00111
는 스풀(Spool)의 길이,
Figure pat00112
는 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 층당 평균 직경,
Figure pat00113
는 스풀의 열 확산도,
Figure pat00114
는 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열 확산도이다.
[수학식D]
Figure pat00115
여기에서,
Figure pat00116
는 광원의 중심파장, c는 진공에서의 빛의 속도,
Figure pat00117
는 광섬유 고리의 평균 직경,
Figure pat00118
은 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 총 길이,
Figure pat00119
는 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차이다.
위에서 살펴본 것과 같이, 광섬유 고리부 중심점과 광섬유 고리부 주변의 온도차에 기반한 광섬유 고리부의 열적 특성을 이용하여, 온도섭동에 의한 광섬유 자이로 장치의 출력오차를 보상할 수 있다.
이하에서는, 앞서 살펴본, 광섬유 고리부에 대하여, 보다 구체적으로 살펴본다. 도 2는 도 1에서 살펴본 광섬유 자이로 장치의 일 구성요소인 광섬유 고리부의 구조에 대한 개념도이고, 도 3은 도 2에서 살펴본 광섬유 고리부의 단면도이다.
먼저, 도 2를 살펴보면, 도 2는 광섬유 고리부의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도시된 것과 같이, 광섬유 고리는 광섬유가 감기게 되는 스풀(spool, 21)과 광섬유가 감겨진 상태로 굳어진 광섬유(22)로 구성될 수 있다.
여기에서, 스풀(21)은 열 전도도가 좋은 금속물질로 이루어질 수 있으며, 고정적으로 감겨진 광섬유(22)는 광섬유 포팅제(potting material)로 고체화된 형태로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 살펴보면, 도 3a는 광섬유 고리부를 구성하는 광섬유 고리 중 특히 단방향 권선에 의해 광섬유가 감겨진 형태의 구조를, 도 3b는 쌍극 권선에 의해 감겨진 형태의 구조를, 도 3c는 4중극 권선에 의해 감겨진 형태의 구조를 각각 설명하기 위한 것이다. 상기도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 2에 도시된 광섬유 고리의 A-B 방향으로의 단면도로서, m개의 층을 가진 형태이다.
도시된 것과 같이, 쌍극 권선 및 4중극 권선기법에 의해 감겨진 광섬유 길이의 절반은 '+'로 표시된 부분에서 시계방향의 권선(31)을 통해 형성되고, 다른 절반은 '-'표시된 부분에서 반시계 방향의 권선(32)을 통해 형성된다. 반면, 단방향 권선기법이 적용된 광섬유 고리의 경우 시계방향 혹은 반시계 방향 중 한 가지를 선택해서 전체 광섬유를 한쪽 방향으로 순차적으로 권선하는 방식에 해당한다.
광섬유는 권선 시 적절한 영률(Young's modulus)과 열 확산도를 가진 포팅제(33)가 적용되어 온도 섭동이나 진동에 의해 발생할 수 있는 광섬유 자이로 장치의 오차를 최소화할 수 있도록 구현될 수 있다.
한편, 광섬유 고리의 구조는 도 2 및 도 3에서 살펴본 3가지 권선기법에 의해 이루어진 것 외에도 다양한 방법의 권선기법에 의해 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해석적 모델을 이용하여, 구현된 광섬유 고리부의 열적 특성을 실험적으로 분석하기 위한 개념도이다.
광섬유 고리부의 열적 특성과 관련된 온도 의존도를 분석하기 위한 해석적 모델은 실험을 통해 측정되는 경계조건(
Figure pat00120
), 초기조건(
Figure pat00121
) 및 상기 경계조건이 주어진 시점에서의 광섬유 자이로 장치의 출력값(FOG OUTPUT)을 해석적 모델에 적용시킴으로써, 슈페효과의 크기(A), 스풀의 열 확산도(Ks), 광섬유 혼합체의 열 확산도(Ks)를 도출할 수 있다.
상기 해석적 모델은 상기 경계조건과 광섬유 자이로 장치의 출력값을 이용하여, 광섬유 고리부의 온도섭동에 의한 보상값을 산출할 수 있다.
상기 경계조건에서, 일정한 회전이 가해진 상태에서 광섬유 자이로 장치를 구동한 뒤 이와 대응되는 시점에서 광섬유 고리부의 온도와 상기 광섬유 고리부의 주변온도를 측정한다. 그리고, 상기 일정한 회전정보가 상기 광섬유 자이로 장치에 입력되었음에도 불구하고, 광섬유 장치에서 이와 다른 형태의 출력값을 갖는 회전정보를 통해, 해석적 모델은 상기 광섬유 고리부에 의한 온도 영향을 역추적할 수 있다.
상기 해석적 모델은 이와 같이, 광섬유 자이로 장치에서 서로 다른 출력값을 갖게 하는 광섬유 고리부의 온도 영향에 대한 보상값을 산출하기 위하여, 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차를 설명하는 하기의 [수학식 1]을 이용한다.
[수학식 1]
Figure pat00122
Figure pat00123
는 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이,
Figure pat00124
는 슈페(Shupe) 효과의 크기,
Figure pat00125
는
Figure pat00126
의 시간미분,
Figure pat00127
은 광섬유 고리의 광섬유 총 길이,
Figure pat00128
은 광섬유를 따라 펼쳐진 곡선 가로좌표에 대응되는 광섬유 길이이다. 상기 [수학식 1]은 샤낙 간섭계에서 서로 반대로 진행하여 간섭되는 광들 사이에 생기는 위상 차이를 광섬유의 유효 굴절율 및 길이 변화의 함수로 설명하는 중요한 역할을 한다.
이하에서는 상기 슈페효과에 의한 위상오차를 설명하는 [수학식 1]을 이용하여, 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상하기 위한 보상값을 산출하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
먼저, 광섬유 고리(또는 광섬유 고리부)의 중심점 온도 및 상기 광섬유 고리의 주변온도의 차이 값을 슈페(Shupe) 효과에 의한 위상오차와 관련된 상기 [수학식 1]에 적용한다.
다음으로, 상기 [수학식 1]에 하기의 [수학식 2]로 나타낼 수 있는 슈페효과의 크기 값(A)을 적용한 후, 하기의 [수학식 3]을 이용하여,
Figure pat00129
를 산출하고, 산출된
Figure pat00130
를 미분하여,
Figure pat00131
를 결정한다.
[수학식 2]
Figure pat00132
여기에서,
Figure pat00133
는 진공에서의 파동수,
Figure pat00134
은 광섬유의 모드 굴절률,
Figure pat00135
는 진공에서 빛의 속도,
Figure pat00136
는 광섬유의 선형 열팽창계수, 는 온도이다. 한편, 여기에서,
Figure pat00137
는 일반적으로
Figure pat00138
항목에 비해 10배이상 작은 값을 가지므로,
Figure pat00139
항목은 생략될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00140
여기에서,
Figure pat00141
는 물질의 열 확산도(thermal diffusivity)이며,
Figure pat00142
는 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이로써, 길이 ‘x’와 시간 ‘t’의 함수이다.
Figure pat00143
는 광섬유 고리 중심점에서 ‘t’ 시간에서 광섬유 고리 층 방향으로 ‘x’ 길이만큼 떨어진 지점에서의 온도와 광섬유 고리 주변 온도(T2) 차이를 의미한다. 따라서 광섬유 고리의 중심점 온도(T1)와 광섬유 고리 주변 온도(T2)의 차이를 의미하는 경계조건은 로 표현할 수 있다.
다음으로, 상기 결정된
Figure pat00144
를 상기 슈페효과의 크기 값이 적용된 상기 [수학식 1]에 적용하여,
Figure pat00145
를 산출하고, 산출된
Figure pat00146
를 하기의 [수학식 4]에 적용하여, 광섬유 자이로 장치의 보상값을 산출한다.
[수학식 4]
Figure pat00147
여기에서,
Figure pat00148
: 보상값,
Figure pat00149
: 광원의 중심파장,
Figure pat00150
: 진공에서의 빛의 속도
Figure pat00151
: 광섬유 고리의 평균 직경이다.
한편, 위에서 살펴본,
Figure pat00152
를 산출하고, 산출된
Figure pat00153
를 미분하여,
Figure pat00154
를 결정하는 단계에서,
Figure pat00155
는 m번째 광섬유 고리의 층에 대한 열 확산 측면에서의 거리를 하기의 [수학식 5]로 표현되는 좌표변환을 이용하여, 산출될 수 있다. 앞서, 도 2에서 살펴본 것과 같이, 광섬유 고리는 크게 금속 스풀 및 포팅제로 처리된 광섬유 두 부분으로 나누어 생각할 수 있으므로, 광섬유 고리 해석 시 아래의 [수학식 5]로 표현될 수 있는 좌표를 이용하여, 광섬유 층에서 열 전달 길이 특성을 나타낼 수 있는 것이다.
[수학식 5]
Figure pat00156
Figure pat00157
는 스풀(Spool)의 길이,
Figure pat00158
는 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 층당 평균 직경,
Figure pat00159
는 스풀의 열 확산도,
Figure pat00160
는 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열 확산도이다.
한편, 앞서 살펴본 [수학식 2]는 상기 광섬유 고리가 단방향 권선인 경우에 하기의 [수학식 6]과 같이, 이산화 될 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00161
한편, 앞서 살펴본 [수학식 2]는 광섬유 고리가 쌍극 권선인 경우에, 하기의 [수학식 7]과 같이, 이산화 될 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00162
한편, 앞서 살펴본 [수학식 2]는 광섬유 고리가 4중극 권선이 경우에, 하기의 [수학식 8]과 같이, 이산화 될 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00163
여기에서,
Figure pat00164
: 광섬유 고리의 총 층수,
Figure pat00165
: m번째 광섬유 고리 층에서의 온도와 광섬유 고리 주변온도 차이의 시간 변화율,
Figure pat00166
: 광섬유 고리 각 층에서의 평균 광섬유 길이,
Figure pat00167
: 광섬유 고리의 광섬유 총 길이이다.
한편 상기 [수학식 3]은 1차원 열 전달 모델 이론을 선택하여, 광섬유 고리의 열 확산도를 분석한 것으로서, K는 아래의 [수학식 9]과 같이 표현될 수 있는 열 관련 특성으로 표현되는 상수이다.
[수학식 9]
Figure pat00168
여기에서, k는 열 전도도,
Figure pat00169
는 밀도,
Figure pat00170
는 비열을 의미한다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치의 보상값 산출방법에서는 광섬유 고리부의 열적 특성과 관련된 온도 의존도를 분석하기 위한 해석적 모델을 이용하여, 광섬유 고리의 온도 의존도와 관련된 셔프효과의 크기(A), 스풀의 열 확산도(Ks), 광섬유 혼합체의 열 확산도(Kc)의 온도 의존 정보를 기반으로, 광섬유 자이로 장치의 출력을 실시간으로 보상할 수 있다.
이하에서는, 광섬유 자이로 장치의 출력값을 보상하기 위한 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치의 출력값을 보상하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
광섬유 자이로 장치의 출력을 보상하기 위한 방법으로서, 먼저, 보상부(도 1 참조)에는 온도 의존도 정보 및 보상값 업데이트 주기(tp)가 입력된다(S510).
여기에서, 온도 의존도 정보는 슈페효과의 크기(A), 스풀의 열 확산도(Ks), 광섬유 혼합체의 열 확산도(Kc) 값의 온도 의존도로서, 상기 온도 의존도 정보는 온도(T)에 따라 가변하는 값이다.
또한, 상기 S510 단계에서는 업데이트 횟수 확인용 인덱스(
Figure pat00171
)와 광섬유 자이로 장치의 출력의 보상용 누적 값 저장인자(
Figure pat00172
)가 초기화 된다.
S510 단계에서와 같이, 온도 의존도 정보 및 보상값 업데이트 주기(tp)가 입력되면, 광섬유 자이로 장치가 구동되고, 광섬유 자이로 장치의 광대역 광원으로부터 출력된 광이 광섬유 고리로 도파된다(S520).
그리고, 상기 업데이트 주기에 대응되는 시점에서 상기 광섬유 고리의 중심점 온도(T1) 및 상기 광섬유 고리의 주변 온도(T2)가 센싱된다(S530).
한편, 상기 광섬유 고리의 중심점 온도(T1) 및 상기 광섬유 고리의 주변 온도(T2)는
Figure pat00173
에 대응되는 시점마다 저장된다.
그리고, 상기 온도들이 센싱 및 저장되면, 다음으로, 상기 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00174
) 동안 상기 센싱된 광섬유 고리의 중심점 온도(T1)에 대한 평균값을 산출하고, 산출된 평균값를 이용하여 광섬유 고리의 열적 특성 값이 결정된다(S540).
여기에서 열적 특성 값은 앞서 살펴본 온도 의존도 정보인 슈페효과의 크기 값(A(T)), 스풀의 열 확산도(
Figure pat00175
(T)) 및 광섬유 혼합체의 열 확산도(
Figure pat00176
(T))에 상기 S530단계에서 센싱된 광섬유 고리의 중심점 온도(T1)의 평균 온도를 적용시키는 것이다.
한편, S540단계에서, 열적 특성 값이 결정되면, 다음으로, 상기 광섬유 고리의 열적 특성 값을 이용하여,
Figure pat00177
을 결정하고, 결정된
Figure pat00178
을 이용하여, 보상값(
Figure pat00179
)을 산출한다(S550).
한편, 상기 열적 특성값,
Figure pat00180
및 보상값(
Figure pat00181
)은 상기 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00182
)마다 갱신될 수 있다.
또한,
Figure pat00183
는
Figure pat00184
에 대응되는 시점에서 상기 광섬유 고리의 중심점 온도(T1) 및 상기 주변온도(T2)를 이용하여 결정할 수 있는 경계조건(
Figure pat00185
), 이전 업데이트 단계에서 결정된 초기조건(
Figure pat00186
) 및 상기 광섬유 고리의 열적 특성값을 통해 산출되는 스풀의 열 확산도(
Figure pat00187
) 와 광섬유 혼합체의 열 확산도(
Figure pat00188
)를 이용하여 결정된다. 여기서, 첫 번째 보상값 업데이트의 경우 초기조건은 에 해당한다.
한편,
Figure pat00189
가 결정되면, 상기 결정된
Figure pat00190
및 상기 슈페효과의 크기 값(A)을 이용하여, 상기 에 대응되는 시점에서의 에러값(
Figure pat00191
)을 예측한다. 그리고, 예측된 상기 에러값(
Figure pat00192
)을 이용하여, 상기 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00193
) 동안 발생되는 누적된 에러값(
Figure pat00194
)을 하기의 [수학식 ⅰ]과 같이 결정된다.
[수학식 ⅰ]
Figure pat00195
그리고, 상기 전번 업데이트 주기에 사용된 에러값(
Figure pat00196
)에 상기 누적된 에러값(
Figure pat00197
)이 더해진 값을 더하여, 광섬유 자이로 장치의 보상값(
Figure pat00198
)을 산출한다.
그리고, 이와 같이, 산출된 보상값(
Figure pat00199
)을 상기 보상값 업데이트 주기(
Figure pat00200
)에 대응되는 시점마다 폐회로 제어기로부터 출력되는 회전정보에 더함으로써, 상기 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상한다(S560).
또한, 상기 산출된 보상값(
Figure pat00201
)은 차기 업데이트 단계에 필요한
Figure pat00202
값으로 설정하여, 초기 단계(S510)으로 돌아가, 차기 보상값(
Figure pat00203
) 산출과정에서 이용될 수 있도록 한다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 따른 광섬유 자이로 장치의 출력보상방법은 광섬유 고리의 열적 특성을 이용하여, 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 광섬유 고리의 열적 특성과 관련된 온도 의존성을 이용하여 광섬유 자이로 장치의 위상오차를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 다양한 온도에서 온도 섭동을 인가한 후 광섬유 자이로 장치의 출력, 광섬유 고리의 온도 및 광섬유 고리의 주변 온도를 측정하고, 측정된 결과들을 해석적 모델을 이용하여 열적 특성과 관련된 온도 의존성을 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 광섬유 고리의 열적 특성과 관련된 온도 의존도를 수식화 하여, 해석적 모델에 대입함으로써, 실시간으로 주어진 온도 환경에서 예측되는 광섬유 자이로 장치의 오차를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 자이로 장치 및 그것의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법, 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법은 광섬유 고리의 제작 상태와 상관없이, 넓은 온도 범위에서 광섬유 고리의 열적 특성을 제공받을 수 있어, 임의의 온도 섭동에 대해서 실시간으로 광섬유 자이로 장치의 위상오차를 보상할 수 있다.
10: 광섬유 자이로 장치 11: 광원
12: 광 결합부 13: 광학부
14: 광섬유 고리부 15: 검출부
16: 폐회로 제어부 17: 보상부
18: 센서부

Claims (19)

  1. 광원으로부터 출력되는 광을 제1 및 제2 광으로 분할하는 광학부;
    상기 제1 및 제2 광을 각각 시계방향 및 반시계 방향으로 도파되도록 형성되는 광섬유 고리부;
    상기 광섬유 고리부를 도파한 상기 제1 및 제2 광에 대응되는 간섭신호를 검출하는 검출부;
    상기 광원으로부터 출력되는 광의 위상이 변조되도록 상기 광에 위상변조 신호를 가하고, 상기 검출부를 통해 출력되는 간섭신호를 입력으로 받아 회전정보를 출력하며,
    상기 간섭신호에서 제1 및 제2 광 사이에 광 위상차이가 발생하지 않는 초기의 상태로 복원되도록 광 위상변조신호를 제어하는 폐회로 제어부;
    상기 광섬유 고리부 및 상기 광섬유 고리부 주변 온도를 측정하도록 형성되는 센서부; 및
    상기 센서부를 통해 측정되는 상기 광섬유 고리부 중심점 온도 및 상기 광섬유 고리부 주변 온도의 온도 차이를 이용하여 산출되는 보상값을 통해, 상기 회전정보를 보상하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는
    상기 광섬유 고리부의 열적 특성과 관련된 온도 의존도에 기반한 해석적 모델을 이용하여 상기 회전정보를 보상하기 위한 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보상부는
    기 설정된 업데이트 주기마다 상기 폐회로 제어부를 통해 출력되는 회전정보에 상기 산출된 보상값을 더하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보상부는
    상기 해석적 모델은 슈페(Shupe) 효과에 의한 위상오차와 관련된 하기의 [수학식 A]을 이용하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
    [수학식 A]
    Figure pat00204

    (
    Figure pat00205
    : 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이,
    Figure pat00206
    : 슈페(Shupe) 효과의 크기,
    Figure pat00207
    :
    Figure pat00208
    의 시간미분,
    Figure pat00209
    : 광섬유 고리의 광 섬유 총 길이,
    Figure pat00210
    : 광섬유를 따라 펼쳐진 곡선 가로좌표에 대응되는 광섬유 길이)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 의존도는 상기 [수학식 A]fmf 통해 도출되는 슈페 효과의 크기 (
    Figure pat00211
    ), 하기의 [수학식 B]로 표현되는 열 전달 모델이론을 통해 도출되는 상기 광섬유 고리를 구성하는 스풀(Spool)의 열 확산도(
    Figure pat00212
    ) 및 상기 광섬유 고리를 구성하는 혼합체의 열확산도(
    Figure pat00213
    )와 관련된 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
    [수학식 B]
    Figure pat00214

    (K: 물질의 열확산도(thernal diffusivity),
    Figure pat00215
    :광섬유 고리 내부의 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슈페 효과의 크기(A), 상기 광섬유 고리를 구성하는 스풀(Spool)의 열 확산도(Ks) 및 상기 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열 확산도(Kc)의 온도 의존도는 이론 및 실험적으로 온도변수의 다항식 또는 지수함수를 이용하여 수식적으로 표현 가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보상값(
    Figure pat00216
    )은 상기 [수학식 B]에 m번째 광섬유 고리의 층에 대한 열 확산 측면에서의 거리를 하기의 [수학식 C]으로 표현될 수 있는 좌표를 적용시켜 도출되는 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차(
    Figure pat00217
    )를 이용하여 산출되고,
    상기 보상값(
    Figure pat00218
    )은 하기의 [수학식 D]로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치.
    [수학식 C]
    Figure pat00219

    (
    Figure pat00220
    : 스풀(Spool)의 길이,
    Figure pat00221
    : 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 층당 평균 직경,
    Figure pat00222
    : 스풀의 열 확산도,
    Figure pat00223
    : 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열확산도)
    [수학식D]
    Figure pat00224

    (
    Figure pat00225
    : 광원의 중심파장,
    Figure pat00226
    : 진공에서의 빛의 속도,
    Figure pat00227
    : 광섬유 고리의 평균 직경,
    Figure pat00228
    : 광섬유 고리를 구성하는 광섬유의 총 길이,
    Figure pat00229
    : 슈페(Shupe)효과에 의한 위상오차)
  8. 광섬유 고리의 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위하여 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상하는 방법에 있어서,
    광섬유 고리의 온도 의존도 정보 및 보상값 업데이트 주기(
    Figure pat00230
    )를 입력받는 단계;
    광대역 광원으로부터 출력된 광을 상기 광섬유 고리로 도파시키고, 상기 광섬유 고리로 상기 광이 도파되어 간섭계가 형성된 시점 혹은 그 이후의 시점에서 상기 광섬유 고리의 중심점 온도(T1) 및 상기 광섬유 고리의 주변 온도(T2)를 센싱하는 단계;
    상기 보상값 업데이트 주기(
    Figure pat00231
    ) 동안 상기 센싱된 광섬유 고리의 중심점 온도(T1)에 대한 평균값을 산출하고, 산출된 평균값를 이용하여 광섬유 고리의 열적 특성 값을 결정하는 단계;
    상기 광섬유 고리의 열적 특성 값을 이용하여,
    Figure pat00232
    을 결정하고, 결정된
    Figure pat00233
    을 이용하여, 보상값(
    Figure pat00234
    )을 산출하는 단계; 및
    상기 보상값 업데이트 주기(
    Figure pat00235
    )에 대응되는 시점마다 폐회로 제어기로부터 출력되는 회전정보에 상기 보상값(
    Figure pat00236
    )을 더하여, 상기 광섬유 자이로 장치의 출력을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광섬유 고리 열적 특성의 온도 의존도 정보 및 상기 보상값 업데이트 주기(
    Figure pat00237
    )를 입력받는 단계에서는
    업데이트 횟수 확인용 인덱스(
    Figure pat00238
    ) 및 광섬유 상기 자이로 장치의 보상용 누적 값 저장인자(
    Figure pat00239
    )를 초기화하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열적 특성값,
    Figure pat00240
    및 보상값(
    Figure pat00241
    )은 상기 보상값 업데이트 주기(
    Figure pat00242
    )마다 갱신되는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 출력 보상방법.
  11. 제10항에 있어서,
    Figure pat00243
    는 상기 광섬유 고리의 중심점 온도(T1) 및 상기 주변온도(T2)를 이용하여 결정할 수 있는 경계조건(
    Figure pat00244
    ), 이전 업데이트 단계에서 결정된 초기조건(
    Figure pat00245
    ) 및 상기 광섬유 고리의 열적 특성값을 통해 산출되는 스풀의 열 확산도(
    Figure pat00246
    ) 와 광섬유 혼합체의 열 확산도(
    Figure pat00247
    )를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 출력 보상방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기
    Figure pat00248
    가 결정되는 시점은
    Figure pat00249
    에 대응되는 시점인 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 출력 보상방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광섬유 고리의 열적 특성 값은 슈페효과의 크기 값(A), 스풀의 열 확산도(
    Figure pat00250
    ) 및 광섬유 고리 혼합체의 열 확산도(
    Figure pat00251
    )의 온도 의존도에 기반하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 출력 보상방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보상값(
    Figure pat00252
    )을 산출하는 단계에서는
    상기 결정된
    Figure pat00253
    및 상기 슈페효과의 크기 값(A)을 이용하여, 상기
    Figure pat00254
    에 대응되는 시점에서의 에러값(
    Figure pat00255
    )을 예측하고,
    예측된 상기 에러값(
    Figure pat00256
    )을 이용하여, 상기 보상값 업데이트 주기(
    Figure pat00257
    ) 동안 발생되는 누적된 에러값(
    Figure pat00258
    )을 하기의 [수학식 i]와 같이 결정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 출력 보상방법.
    [수학식 i]
    Figure pat00259
  15. 제13항에 있어서,
    상기 보상값(
    Figure pat00260
    )은 전번 업데이트 주기에 사용된 에러값(
    Figure pat00261
    )에 상기 누적된 에러값(
    Figure pat00262
    )이 더해진 값인 것을 특징으로 하는 광섬유 자이로 장치의 출력 보상방법.
  16. 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위한 광섬유 자이로 장치의 보상값을 산출하는 방법에 있어서,
    광섬유 고리 내부 온도 및 상기 광섬유 고리의 주변온도의 차이 값을 슈페(Shupe) 효과에 의한 위상오차와 관련된 하기의 [수학식 1]에 적용하는 단계;
    하기의 [수학식 1]에 하기의 [수학식 2]로 나타낼 수 있는 슈페효과의 크기 값(A)을 적용하는 단계;
    하기의 [수학식 3]을 이용하여,
    Figure pat00263
    를 산출하고, 산출된
    Figure pat00264
    를 미분하여,
    Figure pat00265
    를 결정하는 단계;
    상기 결정된
    Figure pat00266
    를 상기 슈페효과의 크기 값이 적용된 하기의 [수학식 1]에 적용하여,
    Figure pat00267
    를 산출하는 단계; 및
    산출된
    Figure pat00268
    를 하기의 [수학식 4]에 적용하여, 광섬유 자이로 장치의 보상값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위한 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00269

    (
    Figure pat00270
    : 광섬유 고리의 내부 온도와 광섬유 고리의 주변온도와의 차이,
    Figure pat00271
    : 슈페(Shupe) 효과의 크기,
    Figure pat00272
    :
    Figure pat00273
    의 시간미분,
    Figure pat00274
    : 광섬유 고리의 광 섬유 총 길이,
    Figure pat00275
    : 광섬유를 따라 펼쳐진 곡선 가로좌표에 대응되는 광섬유 길이)
    [수학식 2]
    Figure pat00276

    (
    Figure pat00277
    : 진공에서의 파동수,
    Figure pat00278
    : 광섬유의 모드 굴절률,
    Figure pat00279
    : 진공에서 빛의 속도,
    Figure pat00280
    : 광섬유의 선형 열팽창계수)
    [수학식 3]
    Figure pat00281

    (
    Figure pat00282
    : 물질의 열확산도(thernal diffusivity))
    [수학식 4]
    Figure pat00283

    (
    Figure pat00284
    : 보상값,
    Figure pat00285
    : 광원의 중심파장, c: 진공에서의 빛의 속도,
    Figure pat00286
    : 광섬유 고리의 평균 직경)
  17. 제16항에 있어서,
    하기의 [수학식 3]을 이용하여,
    Figure pat00287
    를 산출하고, 산출된
    Figure pat00288
    를 미분하여,
    Figure pat00289
    를 결정하는 단계에서,
    Figure pat00290
    는 m번째 광섬유 고리의 층에 대한 열 확산 측면에서의 거리를 하기의 [수학식 5]로 표현되는 좌표변환을 이용하여, 산출되는 것을 특징으로 하는 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위한 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법.
    [수학식 5]
    Figure pat00291

    (
    Figure pat00292
    : 금속 스풀의 길이,
    Figure pat00293
    는 광섬유 고리의 층당 평균 직경,
    Figure pat00294
    : 금속 스풀의 열 확산도,
    Figure pat00295
    : 광섬유 고리 혼합체의 열 확산도)
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광섬유 고리가 단방향 권선인 경우,
    상기 [수학식 1]은, 하기의 [수학식 6]과 같이 이산화되고,
    상기 광섬유 고리가 쌍극 권선인 경우, 상기 [수학식 1]은 하기의 [수학식 7]과 같이 이산화되며,
    상기 광섬유 고리가 4중극 권선인 경우, 상기 [수학식 1]은 하기의 수학식 8]과 같이, 이산화되는 것을 특징으로 하는 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위한 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법.
    [수학식 6]
    Figure pat00296

    [수학식 7]
    Figure pat00297

    [수학식 8]
    Figure pat00298

    (
    Figure pat00299
    : 광섬유 고리의 층수,
    Figure pat00300
    : m번째 광섬유 고리 층에서의 온도와 광섬유 고리 주변온도 차이의 시간 변화율,
    Figure pat00301
    : 광섬유 고리 각층에서의 평균 광섬유 길이,
    Figure pat00302
    : 광섬유 고리의 광섬유 총 길이)
  19. 제18항에 있어서,
    일정한 온도 차이를 가지도록 설정된 다양한 온도에서 광섬유 고리의 중심점 온도 변화가 기 설정된 온도 차이 크기보다 기 설정된 기준만큼 작아지도록 온도 섭동을 인가한 후,
    광섬유 자이로 장치의 출력, 상기 광섬유 고리의 중심점 온도 및 상기 광섬유 고리 주변의 온도를 슈페 효과에 의한 과도상태의 자이로 출력 변화가 안정화 될 때까지 측정하고,
    측정된 결과를 만족하는 상기 슈페 효과의 크기(A), 상기 광섬유 고리를 구성하는 스풀(Spool)의 열 확산도(Ks) 및 상기 광섬유 고리를 구성하는 광섬유 혼합체의 열 확산도(Kc)의 값을 역으로 추출해 냄으로써 상기 광섬유 고리에 대응하는 열적 특성의 온도 의존도를 온도변수의 다항식 또는 지수함수를 이용하여 수식적으로 결정하고, 결정된 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 온도 섭동에 의한 영향을 저감시키기 위한 광섬유 자이로 장치의 온도 섭동에 의한 과도상태의 출력오차 보상 값 산출방법.
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