TW425482B - Low shupe bias fiber optic rotation sensor coil - Google Patents

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)

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

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