KR20150097051A - optical fiber gyro sensor system with low cost - Google Patents

optical fiber gyro sensor system with low cost Download PDF

Info

Publication number
KR20150097051A
KR20150097051A KR1020140018126A KR20140018126A KR20150097051A KR 20150097051 A KR20150097051 A KR 20150097051A KR 1020140018126 A KR1020140018126 A KR 1020140018126A KR 20140018126 A KR20140018126 A KR 20140018126A KR 20150097051 A KR20150097051 A KR 20150097051A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
coupler
optical
gyro sensor
laser
Prior art date
Application number
KR1020140018126A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김신호
Original Assignee
김신호
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김신호 filed Critical 김신호
Priority to KR1020140018126A priority Critical patent/KR20150097051A/en
Publication of KR20150097051A publication Critical patent/KR20150097051A/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers

Abstract

The present invention relates to an inexpensive optical fiber gyro sensor system including: a laser diode to generate a laser beam; a coupler connected to the laser diode by an optical fiber; an optical fiber sensing loop connected to the coupler to connect two optical fibers into a single loop; an optical detector connected to the coupler to receive two laser beams collected by the coupler via the sensing loop; and a processor to detect an optical signal received in the optical detector and to change the phase difference of the two laser beams into an angular velocity. According to the present invention, the optical fiber gyro sensor system is affordable for small businesses and laboratories, is easy to produce as it has simple system and circuit configuration, and has high accuracy or performance for the low cost.

Description

저비용 광섬유자이로 센서 시스템{optical fiber gyro sensor system with low cost}[0001] The present invention relates to an optical fiber gyro sensor system,
본 발명은 광섬유자이로 센서 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센싱루프로 저가의 단일모드 광섬유와 편광자를 이용해 구성되어 낮은 단가 및 높은 정밀성을 갖는 저비용 광섬유자이로 센서 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber gyro sensor system, and more particularly, to a low cost optical fiber gyro sensor system having a low cost and a high precision by using a low cost single mode optical fiber and a polarizer as a sensing loop.
빛을 이용해 회전률을 측정할 수 있음이 사냑(Sagnac)에 의해 밝혀진 이후 오늘날까지 사냑효과를 이용해 회전각속도를 측정하는 광섬유 자이로스코프(Fiber-Optic Gyroscope)에 대한 관심은 지속되고 있다.Since it has been revealed by Sagnac that there is continuing interest in fiber-optic gyroscopes, which measure the rotational angular velocity using the Sagnac effect.
일반적으로 회전각속도를 측정하는 방법에는 기계식 방식과 광학식 방식으로 나눌 수 있으며, 기계식 방식의 자이로스코프는 짐벌(Gimbal)형과 코리올리 가속도의 원리를 이용한 진동식 자이로스코프로 구분할 수 있다.In general, the rotational angular velocity can be divided into mechanical and optical methods. The mechanical type gyroscope can be classified into a gimbal type and a vibration type gyroscope based on the principle of Coriolis acceleration.
여기서 짐벌형은 지구중심을 향하는 고속의 짐벌을 이용해 회전체의 각 운동량 변화를 측정하는 방식이다. 또한, 진동식 자이로스코프는 진동하는 물체로부터 발생하는 파형의 위상차를 측정해 각속도를 측정하는 원리로 중급 자이로스코프에 적용되고 있다.The gimbal type is a method of measuring the angular momentum change of the rotating body by using a high speed gimbal toward the center of the earth. In addition, a vibrating gyroscope is applied to an intermediate gyroscope as a principle of measuring the angular velocity by measuring a phase difference of a waveform generated from an oscillating object.
하지만, 기계식 자이로스코프는 기존의 축적된 기술력을 바탕으로 높은 정밀도를 갖는 것이 장점으로 작용하지만, 높은 소비전력, 무게, 복잡한 구조로 인한 제작상의 어려움, 유지보수의 난점 그리고 초기 가동시간이 많이 걸린다는 단점을 가지고 있다.However, the mechanical gyroscope has advantages of high accuracy based on the accumulated technology, but it is difficult to manufacture due to high power consumption, weight, complicated structure, difficulty in maintenance and initial operation time It has disadvantages.
이에 비해 광섬유를 이용한 광학식 방식의 자이로스코프는 간섭에 의한 위상차를 이용해 각속도를 측정하는 방식으로, 두 개의 빛이 일정한 반경을 갖는 센싱루프를 서로 반대방향으로 진행할 때 임의의 각속도 변화에 따른 두 빛의 위상차가 발생하는 사냑효과를 이용한다.In contrast, optical gyroscopes using optical fibers measure the angular velocity using the phase difference due to interference. When two sensing rods having opposite radii move in opposite directions to each other, The Sagnac effect in which the phase difference occurs is used.
이와 같은 광섬유 자이로스코프의 장점은 기계식에 비해 구조가 단순하고, 회전부가 필요 없기 때문에 높은 신뢰도를 가지며, 낮은 소비전력 및 수명이 길며, 제작단가가 상대적으로 낮아 기계식 자이로스코프를 대체할 대안으로 각광받고 있다.The advantage of such a fiber optic gyroscope is that it has a simpler structure than a mechanical type, has a high reliability because it has no rotating parts, has a low power consumption and a long life, and has a relatively low production cost, so it is an alternative to a mechanical gyroscope have.
이러한 광섬유 자이로스코프는 선박, 자동차, 비행기, 유도무기 등에 탑재되어 운항체의 자세, 위치, 속도 등항법에 필요한 관성 항법시스템(Inertial Navigation System : INS)의 주요한 센서로 사용되고 있으며, 또한 INS외에도 캠코더, 디지털 카메라와 같은 휴대용 영상기기의 자세보정, 안테나 플랫홈의 안정화 및 로봇이나 무인자동화기기의 자세제어, 터널이나 관로공사의 위치검출과 제어, 무인지게차 등의 무인유도차량(Automatic Guided Vehicles : AGV)등 다양한 응용분야에 적용되고 있다. 특히 최근에는 GPS와 연동된 차량항법시스템(CNS : Car Navigation System)에 활발한 응용이 이루어지고 있다. These fiber optic gyroscopes are used in ships, automobiles, airplanes, guided weapons, etc., and are used as the main sensors of the Inertial Navigation System (INS) Stabilization of antenna platform, attitude control of robot or unmanned automation device, position detection and control of tunnel or pipeline construction, automatic guided vehicles (AGV) such as unmanned forklift, etc. It is applied to various applications. Especially in recent years, active application is being made to a car navigation system (CNS) linked with GPS.
하지만 광섬유 자이로스코프의 단점은 다양한 광학적 현상에 의한 위상오차를 유발하는 것으로, 사용하는 광원의 가간섭 길이가 길수록 후방산란이나 Kerr효과로 인한 위상오차를 초래하고, 센싱 광섬유로 일반단일모드 광섬유를 사용할 경우, 주위의 온도변화 및 진동과 같은 환경변화로 인해 광섬유 내의 복굴절 변화로 원치 않는 드리프트(Drift) 및 편광변화를 유발하여 위상오차를 발생시킨다.However, the disadvantage of the optical fiber gyroscope is that it induces a phase error due to various optical phenomena. The longer the interference length of the used light source, the more the phase error due to back scattering or Kerr effect occurs. , Changes in the birefringence in the optical fiber due to environmental changes such as ambient temperature change and vibration cause undesirable drift and polarization change, resulting in a phase error.
따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위해 대역폭이 넓고, 가간섭 길이가 짧은 고휘도 레이저 다이오드(Superluminescent Laser Diode : SLD)를 사용함과 더불어 일반 단일모드 광섬유 대신 특수 광섬유인 고복굴절의 편광유지 광섬유(Polarization Maintaining Fiber : PMF)를 사용하여 주변 환경변화에 대한 위상오차를 줄일 수 있다.Therefore, in order to solve this problem, a high-brightness laser diode (SLD) having a wide bandwidth and a short interference length is used, and a polarization maintaining optical fiber (high-birefringence polarization maintaining fiber), which is a special optical fiber instead of a general single- PMF) can be used to reduce the phase error for changes in the surrounding environment.
하지만 광섬유 자이로스코프의 측정정밀도는 센싱루프의 길이에 비례하기 때문에 편광유지 광섬유는 상대적으로 고가로 상급의 높은 정밀도를 요하는 자이로스코프에는 적절하나 중·하급의 자이로스코프에는 가격 때문에 적용할 수 없다는 문제점이 있었다.However, since the measurement accuracy of the optical fiber gyroscope is proportional to the length of the sensing loop, the polarization maintaining optical fiber is suitable for a gyroscope requiring a high degree of precision with a relatively high price, but it can not be applied to a middle or lower gyroscope .
대한민국 공개특허 제10-2010-0004318호(공개일자: 2010년01월13일)Korean Patent Publication No. 10-2010-0004318 (Published Date: January 13, 2010)
상술한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 단가가 낮고, 시스템 구성이나 회로 구성이 간단하여 제작이 용이할 뿐만 아니라, 낮은 단가에 비해 높은 정밀도 또는 성능을 가진 저비용 간섭계형 광섬유자이로 센서 시스템을 제공하고자 함이다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a low cost interferometer type optical fiber gyro sensor system which is low in unit cost, simple in system configuration and circuit configuration and easy to manufacture and has high accuracy or performance as compared with a low unit price I want to.
상술한 과제를 해결하고자 하는 본 발명의 특징은, 레이저광을 발생하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드와 광섬유로 연결된 커플러; 상기 커플러와 연결되는 것으로, 2개 광섬유가 연결되어 하나의 루프를 형성하는 광섬유 센싱루프; 상기 커플러와 연결되어, 상기 레이저광이 상기 센싱루프를 지나 상기 커플러를 통해 수집된 2개의 레이저광을 수광하는 포토다이오드; 및 상기 포토다이오드에서 수광된 광신호를 검출하고, 상기 2개의 광의 위상차를 통해 각속도로 환산하여 산출하는 프로세서를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser diode comprising: a laser diode for generating laser light; A coupler connected to the laser diode through an optical fiber; An optical fiber sensing loop connected to the coupler, the optical fiber sensing loop having two optical fibers connected to form a loop; A photodiode coupled to the coupler, the photodiode receiving the laser light collected by the coupler through the sensing loop; And a processor for detecting an optical signal received by the photodiode, and converting the optical signal into an angular velocity through a phase difference between the two lights.
여기서, 상기 커플러와 상기 광섬유 루프 사이의 어느 하나의 광섬유에 편광자(polarizer)가 설치되는 것이 바람직하고, 상기 프로세서는 랩뷰(Labview)를 사용하여 상기 각속도를 산출하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a polarizer is installed in any one of the optical fibers between the coupler and the optical fiber loop, and the processor calculates the angular velocity using Labview.
또한, 상기 커플러는, 단일 모드 커플러인 것이 바람직하고, 상기 레이저 다이오드는 1310nm 파장의 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드인 것이 바람직하다.Preferably, the coupler is a single mode coupler, and the laser diode is a laser diode that generates a laser beam having a wavelength of 1310 nm.
이와 같은 본 발명에 따른 광섬유자이로 센서 시스템는 소규모 사업장, 실험실에서 쉽게 구입하여 사용 가능한 단가가 낮은 장치이고, 시스템 구성이나 회로 구성이 간단하여 제작이 용이할 뿐만 아니라, 낮은 단가에 비해 높은 정밀도 또는 성능을 가진 저비용 간섭계형 광섬유자이로 센서 시스템을 제공한다.The optical fiber gyro sensor system according to the present invention is a low-cost device that can be easily purchased and used in a small workplace and a laboratory, and is easy to manufacture due to a simple system configuration and a simple circuit configuration, and has high precision or performance Cost interferometer type optical fiber gyro sensor system.
도 1은 일반적인 광섬유 자이로스코프의 기본원리를 설명하는 개념도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저비용 광섬유자이로 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저비용 광섬유자이로 센서 시스템에서 적용되는 사냑 효과의 원리를 나타낸 모식도이다.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a basic principle of a general optical fiber gyroscope,
FIG. 2 is a view showing a configuration of a low-cost optical fiber gyro sensor system according to an embodiment of the present invention,
3 is a schematic diagram illustrating a principle of a Sagnac effect applied in a low-cost optical fiber gyro sensor system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish it, will be described with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention to those skilled in the art.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown and are exaggerated for clarity. Also, the same reference numerals denote the same components throughout the specification.
본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
The expression "and / or" is used herein to mean including at least one of the elements listed before and after. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, components, steps, operations and elements referred to in the specification as " comprises "or" comprising " refer to the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements, and / or devices.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저비용 광섬유자이로 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저비용 광섬유자이로 센서 시스템은, 레이저광을 발생하는 레이저 다이오드(100); 상기 레이저 다이오드(100)와 광섬유로 연결된 커플러(200); 상기 커플러(200)와 연결되는 것으로, 2개 광섬유가 연결되어 하나의 루프를 형성하는 광섬유 센싱루프; 상기 커플러(200)와 연결되어, 상기 레이저광이 상기 센싱루프를 지나 상기 커플러(200)를 통해 수집된 2개의 레이저광을 수광하는 포토다이오드(400); 및 상기 포토다이오드(400)에서 수광된 광신호를 검출하고, 상기 2개의 광의 위상차를 통해 각속도로 환산하여 산출하는 프로세서(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.2 is a block diagram of a low-cost optical fiber gyro sensor system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the low-cost optical fiber gyro sensor system according to the embodiment of the present invention includes a laser diode 100 for generating laser light; A coupler 200 connected to the laser diode 100 through an optical fiber; An optical fiber sensing loop connected to the coupler 200 to couple two optical fibers to form a loop; A photodiode (400) connected to the coupler (200) and receiving the laser light collected by the coupler (200) through the sensing loop; And a processor 500 for detecting an optical signal received by the photodiode 400 and converting the optical signal into an angular velocity through a phase difference between the two lights.
이처럼 본 발명은 도 2에 나타낸 바와 같이, 일반적인 광섬유를 사용하여 커플러(200)를 통해 2개의 방향으로 회전하여 하나의 커플러(200)를 통해 수광되도록 하고, 어느 하나의 광섬유에 편광을 제거하기 위해 편광자(350)(polarizer)를 설치하여 종래의 고비용 자이로 센서처럼 위상 변조기(phase modulator)를 사용하지 않고 간단하게 편광자(350)를 이용한 간섭계를 구성하여 포토다이오드(400)에 의해 상기 2개의 레이저광을 수광하여 프로세서(500)에서 그 위상차를 각속도로 검출하는 시스템을 제공한다. 여기서, 프로세서(500)는 랩뷰(Labview)를 사용하여 용이하고 빠르게 각속도를 검출할 수 있기 때문에 센서 데이터 검출 회로 구성에서 크게 비용을 낮출 수 있게 된다.As shown in FIG. 2, according to the present invention, a common optical fiber is used to rotate in two directions through a coupler 200 to be received by one coupler 200, A polarizer 350 may be provided to constitute an interferometer using a polarizer 350 simply without using a phase modulator like a conventional high cost gyro sensor so that the two laser beams And the processor 500 detects the phase difference at an angular velocity. Here, since the processor 500 can easily and quickly detect the angular velocity using Labview, the cost of the sensor data detection circuit can be greatly reduced.
이와 같은 발명은 저비용을 고감도의 광섬유자이로 센서를 구현할 수 있고, 신호처리 구성이 간단할 뿐만 아니라, 민감도를 센싱루프(300)의 괌성유 길이를 조정하여 자유롭게 일정범위 안에서 조정할 수 있는 고효율 광섬유자이로 센서 시스템을 제공하게 된다. The present invention can provide a high-efficiency optical fiber gyro sensor capable of realizing a low-cost, high-sensitivity optical fiber gyro sensor and having a simple signal processing structure and being capable of adjusting sensitivity within a certain range by adjusting the guiding length of the sensing loop 300. [ System.
여기서 레이저 다이오드(100)는 저가 파장의 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드(100)로서, 1310nm의 레이저광을 발생하는 장치로 저가이고, 커플러(200)는 구하기 쉽다는 점에서 제조하기 용이하고 제품단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 커플러(200)는 광커플러(200)로서, 한 줄의 광섬유에서 온 광신호를 복수의 광섬유로 나눈다든지, 반대로 복수의 광섬유로부터의 광신호를 한 줄의 광섬유로 모은다든지 하기 위한 광 부품을 말한다. 본 발명의 실시예에서는 단일 모드 커플러(200)를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 다중 모드보다 단일 모드가 코히어런스가 좋고 센서의 감도에 좋은 영향을 줄 수 있기 때문이다.Here, the laser diode 100 is a laser diode 100 for generating a laser beam of an inexpensive wavelength. The laser diode 100 is a device which generates laser light of 1310 nm and is low in cost. Since the coupler 200 is easy to obtain, Can be lowered. The coupler 200 is an optical coupler 200 for dividing an optical signal from a single optical fiber into a plurality of optical fibers or collecting optical signals from a plurality of optical fibers into a single optical fiber . In an embodiment of the present invention, it is preferable to use a single mode coupler 200 because a single mode has better coherence than multimode and can have a good effect on the sensitivity of the sensor.
그리고, 본 발명의 실시예에서 사용하는 광섬유자이로 센서는 간섭형 광섬유자이로 센서로서, 광원(光源)을 떠난 빛을 빔 스플리터 또는 광커플러(200)에 의하여 2개로 나누고, 광섬유 루프 속을 각각 좌우 역회전으로 전달시키면 수광기로서 포토다이오드(400)상에서 간섭한다. 이때 좌우 두 회전광 사이에는 시스템 전체의 관성(慣性) 공간에 대한 회전 각속도에 비례한 위상차가 생긴다. 이 현상은 사냑효과(Sagnac effect)라 불리며, 그 위상차는 광 루프가 에워싸는 면적에 비례하기 때문에 저손실, 긴 단일 모드 광섬유를 루프 모양으로 사용함으로써 소형인 동시에 고감도인 회전센서를 얻을 수 있다.
The optical fiber gyro sensor used in the embodiment of the present invention is an interference type optical fiber gyro sensor. The optical fiber gyro sensor is divided into two parts by a beam splitter or an optical coupler 200, It is interfered on the photodiode 400 as a photodetector. At this time, a phase difference is generated between the two right and left rotating lights in proportion to the rotation angular velocity with respect to the inertia space of the entire system. This phenomenon is called the Sagnac effect, and its phase difference is proportional to the area enclosed by the optical loop, so a small, high-sensitivity rotation sensor can be obtained by using a low-loss, long single mode optical fiber in a loop shape.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저비용 광섬유자이로 센서 시스템에서 적용되는 사냑 효과의 원리를 나타낸 모식도이다. 사냑 효과(Sagnac effect)는 1913년 프랑스의 Sagnac에 의하여 제창된 것으로, 코히어런트(coherent)한 광원(光源)인 레이저나 광도파로(光導波路)가 발명되어, 그 효과를 사용한 링 레이저 자이로와 광(光)섬유 자이로가 연구 개발되어 일부는 실용되고 있다.3 is a schematic diagram illustrating a principle of a Sagnac effect applied in a low-cost optical fiber gyro sensor system according to an embodiment of the present invention. The Sagnac effect was invented by Sagnac in France in 1913, and a coherent light source, a laser or optical waveguide, was invented, and a ring laser gyro using that effect Optical fiber gyros have been developed and some have been put into practical use.
도 3에 나타낸 바와 같이, 코히어런트한 광원에서 나온 빛이 빔 스플리터에서 우회전과 좌회전의 빛으로 나뉘어 반경 r인 원의 광로를 전파하고, 또 빔 스플리터에서 함께 되어 간섭무늬를 만든다. 이 광로가 만드는 평면이 각속도 Ω로 회전하고 있으면 우회전과 좌회전의 방향으로 전파한 빛이 빔 스플리터에 도달하는 시간에 차가 생긴다. 이것을 사냑 효과라 한다. 링 레이저 자이로에서는 이 효과에 의한 공진기(共振器) 길이의 변화를, 광섬유 자이로에서는 광로 길이의 변화를 이용하여 각속도를 측정하고 있다.As shown in Fig. 3, light emitted from a coherent light source is split into right turn and left turn light in a beam splitter, and propagates through a circular optical path of a radius r. In addition, a beam splitter forms an interference fringe. When the plane made by this optical path rotates at the angular velocity?, There is a difference in the time that the light propagated in the direction of the right turn and the left turn reaches the beam splitter. This is called Sagnac effect. In the ring laser gyro, the angular velocity is measured by the change of the length of the resonator (resonator) by this effect and by the change of the optical path length in the optical fiber gyro.
이처럼 본 발명의 실시예는 상술한 사냑 효과를 이용한 간섭형 광섬유자이로 센서 시스템으로, 상기 빔스플리터를 단일모드 광커플러(200)로 대치하고, 간섭계를 형성하기 위해 커플러(400)에서 센싱루프(300)와 연결되는 어느 하나의 광섬유에 편광자(350)(polarizer)를 설치하고, 상기 각각 센싱루프(300)에서 좌우회전을 하고 커프러를 통해 포토다이오드(400)에서 수광하여 프로세서(500)에 의해 위상차에 따른 출력전압을 각속도로 변환 산출하는 자이로센서 시스템을 제공하게 된다.As described above, the embodiment of the present invention is an interference type optical fiber gyro sensor system using the Sagn effect, wherein the beam splitter is replaced with a single mode optical coupler 200, and a coupler 400 is connected to a sensing loop 300 A polarizer 350 is installed on any one of the optical fibers connected to the sensing loop 300 and rotates left and right in the sensing loop 300 and is received by the photodiode 400 through the cuffler, A gyro sensor system for converting an output voltage according to a phase difference to an angular velocity is provided.
종래의 고정밀도 광섬유 자이로스코프는 국방무기, 항공 산업 등에 사용되고 있고 단가가 매우 비싸지만, 이와 같은 본 발명에 따른 광섬유자이로 센서 시스템는 소규모 사업장, 실험실에서 쉽게 구입하여 사용 가능한 단가가 낮은 장치이고, 시스템 구성이나 회로 구성이 간단하여 제작이 용이할 뿐만 아니라, 낮은 단가에 비해 높은 정밀도 또는 성능을 가진 저비용 간섭계형 광섬유자이로 센서 시스템을 제공한다.
Conventional high-precision optical fiber gyroscopes are used in defense weapons, aviation industry, and the like, and their price is very high. However, the optical fiber gyro sensor system according to the present invention is a low-cost device that can be easily purchased and used in small- The present invention provides a low cost interferometer type optical fiber gyro sensor system which is easy to manufacture due to simple circuit configuration and has high precision or performance as compared with a low unit price.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with it will know easily.
100: 레이저 다이오드, 200: 커플러, 300: 센싱루프,
350: 편광자, 400: 포토다이오드, 500: 프로세서
100: laser diode, 200: coupler, 300: sensing loop,
350: polarizer, 400: photodiode, 500: processor

Claims (5)

  1. 레이저광을 발생하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드와 광섬유로 연결된 커플러;
    상기 커플러와 연결되는 것으로, 2개 광섬유가 연결되어 하나의 루프를 형성하는 광섬유 센싱루프;
    상기 커플러와 연결되어, 상기 레이저광이 상기 센싱루프를 지나 상기 커플러를 통해 수집된 2개의 레이저광을 수광하는 포토다이오드; 및
    상기 포토다이오드에서 수광된 광신호를 검출하고, 상기 2개의 광의 위상차를 통해 각속도로 환산하여 산출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 광섬유자이로 센서 시스템.
    A laser diode for generating laser light;
    A coupler connected to the laser diode through an optical fiber;
    An optical fiber sensing loop connected to the coupler, the optical fiber sensing loop having two optical fibers connected to form a loop;
    A photodiode coupled to the coupler, the photodiode receiving the laser light collected by the coupler through the sensing loop; And
    And a processor for detecting an optical signal received by the photodiode and converting the optical signal into an angular velocity through a phase difference between the two lights.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플러와 상기 광섬유 루프 사이의 어느 하나의 광섬유에 편광자(polarizer)가 설치되는 것을 특징으로 하는 저비용 광섬유자이로 센서 시스템.
    The method according to claim 1,
    And a polarizer is installed on any one of the optical fibers between the coupler and the optical fiber loop.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 랩뷰(Labview)를 사용하여 상기 각속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 저비용 광섬유자이로 센서 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the processor calculates the angular velocity using Labview. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커플러는,
    단일 모드 커플러인 것을 특징으로 하는 저비용 광섬유자이로 센서 시스템.
    The method according to claim 1,
    The coupler
    Mode fiber optic gyro sensor system.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 1310nm 파장의 레이저 광을 발생하는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 저비용 광섬유자이로 센서 시스템.
    The method according to claim 1,
    Wherein the laser diode is a laser diode for generating a laser beam having a wavelength of 1310 nm.
KR1020140018126A 2014-02-17 2014-02-17 optical fiber gyro sensor system with low cost KR20150097051A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140018126A KR20150097051A (en) 2014-02-17 2014-02-17 optical fiber gyro sensor system with low cost

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140018126A KR20150097051A (en) 2014-02-17 2014-02-17 optical fiber gyro sensor system with low cost

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150097051A true KR20150097051A (en) 2015-08-26

Family

ID=54059112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140018126A KR20150097051A (en) 2014-02-17 2014-02-17 optical fiber gyro sensor system with low cost

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150097051A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106767905A (en) * 2016-11-29 2017-05-31 浙江大学 Separate double detector type optical fibre gyro light source and electronic noise correlation calculations method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106767905A (en) * 2016-11-29 2017-05-31 浙江大学 Separate double detector type optical fibre gyro light source and electronic noise correlation calculations method
CN106767905B (en) * 2016-11-29 2019-06-21 浙江大学 Separate double detector type optical fibre gyro light source and electronic noise correlation calculations method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Passaro et al. Gyroscope technology and applications: A review in the industrial perspective
Wang et al. Generalized sagnac effect
EP2226612B1 (en) Cavity length modulation in resonator fiber optic gyroscopes
Lutwak Micro-technology for positioning, navigation, and timing towards PNT everywhere and always
JP2009288246A (en) Reliable low loss hollow core fiber resonator
CN1328585C (en) Space optical path interference type low-light apparatus electric top
KR20150097051A (en) optical fiber gyro sensor system with low cost
Yao et al. Polarimetry fiber optic gyroscope
US20080285046A1 (en) System and method for improving the resolution of an optical fiber gyroscope and a ring laser gyroscope
Dickson et al. Compact fiber optic gyroscopes for platform stabilization
Strandjord et al. Resonator fiber optic gyro progress including observation of navigation grade angle random walk
US7586587B1 (en) Stand-alone speedometer using two spaced laser beams
Nayak et al. Advanced optical gyroscopes
US9753049B1 (en) Collinear system to determine its own displacement from its own motion
RU108644U1 (en) Sensitive element of gravimeter
FR2953933A1 (en) Assisted bi-static anemometric probe
Bouyer The centenary of Sagnac effect and its applications: From electromagnetic to matter waves
KR20100004318A (en) Depolarized fiber-optic gyroscope
Bennett et al. Fiber optic gyroscopes for vehicular use
Sireesha et al. Comparative assessment on ramp and bias voltage variations of closed loop interferometric fiber optic gyroscope
Jaroszewicz et al. Absolute rotation measurement based on the Sagnac effect
Kersey et al. Fiber optic gyroscope technology
Heimann et al. Optical system components for navigation grade fiber optic gyroscopes
Kumagai et al. Development of an optical gyrocompass using a high-sensitivity fiber optic gyroscope
Menéndez IFOG and IORG Gyros: a study of comparative performance

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination