TW425482B - Low shupe bias fiber optic rotation sensor coil - Google Patents
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Description
4 254 8 2 at ___B7 五、發明説明(1) 發明背景 本發明一般係有關光纖旋轉感測器,特別係有關用以 構成感測線圈之方法,此線圈用於感測器上,以減小熱引 起之非互易性之效應。本發明特別係有關使用光纖帶來構 成光纖旋轉感測器用之感測線圈。 光纖旋轉感測器之理論分析已導致一項結論,即此感 測器可量度至0 · 0 lo/h或更佳之旋轉。此分析假定在 環干涉儀中之限制雜訊爲在光偵測器處之散射雜訊。此靈 敏度範圍使光纖旋轉感測器可用作導航級之迴轉儀,與雷 射及普通自轉質量迴轉儀競爭。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 試瞼結果顯示該靈敏度並非受散射雜訊限制,而是受 光纖感測線圈及光徑路之其他部份中之非互易性雜訊(即 緩慢變化之偏差)限制。此非互易性雜訊可由確保干涉儀 僅使用單模式雙折射光纖中之單極化狀態來大幅降低。然 而,即使使用單模式及單極化狀態,光纖旋轉感測器之精 確度亦可受光纖線圈中之熱引起之非互易性限制。此熱引 起之非互易性稱爲舒普效應,且說明於舒普之^光纖干涉 儀中熱引起之非互易性〃,"應用光學",卷19 (5) > 654-655 (1980)。 光纖旋轉感測器中之舒普效應由熱引起之隨時間變化 之光徑路長度不對稱所造成。當距線圈中心等距離之光纖 之各對應節段具有不同之熱率及應力改變率環境時,發生 該舒普效應。如沿光纖上有隨時間而定之溫度梯度,則可 發生熱引起之非互易性。當二相反旋轉之光束(例如’同 本紙張尺度適用中國國家揉準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -4- 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 425482 A7 B7 五、發明説明(2) 時但在不同之方向上進入線圏中之光脈波)中之對應波前 在不同之時間經過光纖之同一區時,引起非互易性。如光 纖之傳播常數沿光纖上以不同之率變化,則二相反旋轉之 光束之對應波前經過稍爲不同之有效光徑路。此產生一非 互易相位移動,此無法與旋轉所引起之相位移動區別。 可減輕舒普效應之四極線圈繞法說明於N. J. Frigo之 文件t Sagnac干涉儀中非互易性之線性源之補償#中,此 出現於"光纖及雷射感測器I" ,S〇IE記錄,卷 412,2 68-271頁(1983)。四極線圈繞法 置距線圏中心等距離之光纖之所有節段於徑向上相鄰處。 四極線圏繞法需要線圈繞製操作者高度之技術,以達成滿 意之結果。即使是極精湛之操作者,亦發現可能有一些位 置錯誤之線匝,此降低普通四極繞製之線圈之舒普偏差性 能。 發明槪要 本發明降低繞製缺陷之可能率,提供一種光纖帶,用 以構成感測線圈。光纖帶提供線圈繞製物之每匝一單個徑 向層,且可製成具有與前四極繞組相似之一四極空間線匝 分佈。 用以構成光纖旋轉感測器之光纖感測線圈之本發明方 法包括步驟:排列多條光纖1,2........... N相互平行 成一平面陣列,包裹多條光纖於可撓曲之材料中,以保持 其於相互平行關係中,形成一光'纖帶,具有一對帶端。該 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公釐) [ΤΙ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
425482 A7 B7 五、發明説明(3) 帶捲成螺旋形,及二帶端相接觸。該帶中之各光纖端之相 鄰端對頭編接一起,以形成一光纖線圏,具有一順時針方 向之引線及一反時針方向之引線。 在此構想之一非常簡單之實施中,欲編接之光纖端宜 安排使一端在橫向上對另一端位移一光纖。在一更佳之實 施中,欲編接之光纖端之編接順序宜經排列,俾沿線圈之 軸向上提供四極分佈。編接順序宜經排列,俾自順時針方 向引線輸入之光在線圈之一第一選定之螺旋中向內傳播, 及自順時針方向引線輸入之光在與所選線圈相鄰之一螺旋 中向外傳播。 由閱讀以下較佳實施例之說明並參考附圖,可瞭解本 發明之目的,及更完全明瞭其結構及操作方法。 附圖簡述 圖1爲光纖帶之斷面圖; 圖2爲本發明之線圈之透視圖;及 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 {锖先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3顯示由光纖帶所構成之四極狀線圈之光信號之傳 播方向* 主要元件對照表 2 螺旋,10 光纖帶,12 光纖, 16 自由端,20 編接點 較佳實施例之詳細說明 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4说格(210X297公釐) -6- 經濟部中央榇準局負工消費合作社印裝 4 25 4 8 2 A7 B7 五、發明説明(4) 如顯示於圖1,一光纖帶1 0由N條光纖1 2A ’
1 2 B > ......... 12N之一平面陣列構成。光纖12A .1 2 B ........... 1 2N宜由一可撓曲之塑膠材料1 4
保持一起,此包裹光纖1 2A,1 2B .......... ' 1 2 N 。光纖帶1 0顯示有8光纖’僅用以圖解一光纖帶之基本 結構。光纖帶可經濟及精確構成,且目前用於局部區域網 路上。 構成一單個光纖帶線圈15包括將該帶1〇捲成一多 層螺旋形。然後,在簡單之實施中,帶1 0之外端經對內 端位移一光纖後而與內端接觸。圖2顯示一單層線圈之此 處理。此等步驟留下一順時針方向(CW)之自由端1 6 ,一反時針方向(C CW)之自由端1 8,及欲構成之N 一 1個編接點20-26。編接點20-2 5在圖2中由 成對之交叉線表示。 捲繞Μ層成線圈產生M*N線匝。此設計之CW傳播光 波向外螺旋通過第一螺旋,然後在一簡單之移動中移回至 內半徑,自此再向外螺旋等。 上述簡單之編接法對CW及C CW線匝產生相同之徑 自分佈。然而,在軸向上,CW光纖節段在一端,例如底 端上,及C CW節段在頂端,如有軸向溫度梯度存在,則 此產生舒普偏差》爲解決此問題,需要排列編接順序自沿 軸向上之簡單前進爲能沿軸向上產生四極螺旋分佈之順序 。依據Frigo之述說,在四極線圈中,光沿C CW傳播於外 二螺旋1及4中,及沿CW傳播於內二螺旋2及3中。爲 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) (請先聞讀背面之注w-項再填寫本頁) 訂 -線 • 42548 2 a? ____Β7 五、發明説明(5 ) 執行此點,假設容許來自光纖旋轉感測器之CW引線之光 沿CCW向外傳播通過頂螺旋,即螺旋1。然後,使來自 光纖旋轉感測器之c CW引線之光在另一方向(CW)上 注入於螺旋2中 > 並向內傳播通過相鄰螺旋,且再度向內 傳播通過次相鄰螺旋3。然後,自螺旋1出來之CW引線 光注入於螺旋4中,並向外傳播I如顯示於圖3。此完成 一四極週期。此交換編接方向之過程繼續進行,直至到達 該帶之底邊爲止,如顯示於圖3之1 2光纖或3四極。故 此沿軸向上產'生一四極繞組。 該帶之光纖數需可由4均分》此應提供約與現軸向四 極繞製線圏同樣高之一舒普偏差免感性。使用一光纖帶來 構成感測線圈具有優點,即減少線圈繞製勞工,並提高線 匝分佈之精確度。通常需要在光纖旋轉感測線圈之中心之 —源頭同調長度內無編接。如此,在標稱中心編接處需要 額外之引線長度來取代。此由於線圈之接引線修整誤差而 引起一小舒普偏差,此應不大,因爲該普通源頭具有僅約 一毫米之同調長度。故此,僅需數毫米之引線不平衝。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 此處所發表之結構及方法圖解本發明之原理。本發明 可具體表現於其他特定之形態上,而不脫離其精神或基本 特性。所述之實施例在各方面應視爲實例及圖解,而非限 制性。故此,後附之申請專利範圍而非以上說明界定本發 明之範圍。在申請專利範圍之等效意義及範圍內之所述實 施例之所有修改包含於本發明之範圍內。 本紙張尺度速用中國國家梯準(CMS ) Α4規格(210Χ297公釐) 8
Claims (1)
- a A8 426482 b| D8 _ ._ 六、申請專利範圍 1 . 一種用以構成光纖旋轉感測器之光纖感測線圈之 .方法,包括步驟: 排列多條光纖1,2 .......... N互相平行於一平面陣 列中; 包裹多條光纖於一可撓曲材料之中,以保持其成彼此 互相平行的關係,而形成一具有一對帶端的光纖帶;及 將該帶捲成一螺旋形; 使帶端相接觸: 在介於所選之光纖端間形成對頭編接,以構成一光纖 線圈,其具有一順時針方向之輸入引線及一反時針方向之 輸出引線。 2 .如申請專利範圍第1項之方法,其包括步驟:藉 由安排該帶,俾使一端在橫向上相關於另一端位移一光纖 ,以選擇欲編接之所選的光纖端。’ 3 .如申請專利範圍第1項之方法,其包括步驟:選 擇欲編接之光纖端包括排列編接順序,俾沿線圈之軸向上 提供一四極分佈。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 .如申請專利範圍第3項之方法,其包括步驟:排 列編接順序,俾自順時針方向輸入引線輸入之光向內傳播 於一第一所選之線圈的螺旋中,及自順時針方向引線輸入 之光向外傳播於與所選線圈相鄰之一螺旋中 5. —種光纖線圏,包含: 多條光纖1,2..........,Ν ’其被排列成相互平行於一 平面陣列; 本紙浪尺度逍用中國^家樣準(CNS ) Α4规格(210X297公釐) " * 425482 A8 BS C8 DS 六、申請專利範圍 —可撓曲材料,其被構成來包裹多條光纖’以保持其 成彼此相互平行的關係,而形成一具有一對帶端的光纖帶 ;及 一螺旋,其形成於光纖帶中:及 多個對頭編接點,其形成在介於光纖帶中所選之光纖 端之間,以構成一具有一順時針方向之輸入引線及一反時 針方向之輸出引線的光纖線圈》 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) J-a 經濟部中央標準局腐工消費合作社印製本紙張尺度逋用中國國家梯率(CNS > A4規格(210X297公釐)
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