JPS60104210A - 繊維光学ジヤイロスコ−プ - Google Patents
繊維光学ジヤイロスコ−プInfo
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- JPS60104210A JPS60104210A JP59166640A JP16664084A JPS60104210A JP S60104210 A JPS60104210 A JP S60104210A JP 59166640 A JP59166640 A JP 59166640A JP 16664084 A JP16664084 A JP 16664084A JP S60104210 A JPS60104210 A JP S60104210A
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-
- 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, e.g. optical or electronical details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35322—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using interferometer with one loop with several directions of circulation of the light, e.g. Sagnac interferometer
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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】
この発明は、繊維光学ジャイロスコープに関し、詳述す
れば、位相消失繊維光学ジャイロスコープの光学尺度係
数の温度安定化に関する。
れば、位相消失繊維光学ジャイロスコープの光学尺度係
数の温度安定化に関する。
位相消失繊維光学ジャイロスコープの原理は、位相差が
、回転によって、互に反対方向に伝播する２つの光ビー
ムの間に生じるような、サグナック干渉計（Ｓａｇｎａ
ｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ）に基づく口かか
るジャイロスコープの例は、米国特許第４゜２９９．４
９０号明細書に開示されている。両光ビームの間に干渉
縞が生じると、回転速度（ｒａｔｅ ｏｆｒｏｔａｔｉ
ｏｎ）に関連する縞の変位が起り、かくして、回転感知
器が縞の変位の観察によって作ることができる。位相消
失繊維光学ジャイロスコープにおいて、加えられる回転
速度によって生じ゛る縞の変位または位相差は、非相互
的な同波数または位相の変調器によって消失させられ、
位相差を消失させるに必侠な周波数または位相の変θ４
の程度ケよ、加えられる回転の尺度になる。周波斂菫た
は位相の変調を、加えられる回転速度に関連づける係数
は、ジャイロスコープの光学尺度係数Ｓとして知られ、
見出したところによれば、周囲温度が揺動すると、Ｓが
変化し、かくして、回転速度の決定に誤差が生じる。
、回転によって、互に反対方向に伝播する２つの光ビー
ムの間に生じるような、サグナック干渉計（Ｓａｇｎａ
ｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ）に基づく口かか
るジャイロスコープの例は、米国特許第４゜２９９．４
９０号明細書に開示されている。両光ビームの間に干渉
縞が生じると、回転速度（ｒａｔｅ ｏｆｒｏｔａｔｉ
ｏｎ）に関連する縞の変位が起り、かくして、回転感知
器が縞の変位の観察によって作ることができる。位相消
失繊維光学ジャイロスコープにおいて、加えられる回転
速度によって生じ゛る縞の変位または位相差は、非相互
的な同波数または位相の変調器によって消失させられ、
位相差を消失させるに必侠な周波数または位相の変θ４
の程度ケよ、加えられる回転の尺度になる。周波斂菫た
は位相の変調を、加えられる回転速度に関連づける係数
は、ジャイロスコープの光学尺度係数Ｓとして知られ、
見出したところによれば、周囲温度が揺動すると、Ｓが
変化し、かくして、回転速度の決定に誤差が生じる。
故に、この発明の１目的は、少くとも、温度によるＳの
変化を低減させること、すなわち光学尺度係数の温度係
数を低減させること、にある・この発明を１つの点から
見れば、コイル状に巻かれた繊維を包含し、これの中を
放射が反対方向に進行し、これによってジャイロスコー
プの回転を感知するような、繊維光学ジャイロスコープ
のための、温度補償手段が提供され、この温度補償手段
は、前記のコイル状に巻かれた繊維の屈折率の温度係数
と熱膨張係数との差を少くとも低減させるように、前記
温度係数に対して選択された熱膨張係数を、前記のコイ
ル状に巻かれた繊維に線するに適している。
変化を低減させること、すなわち光学尺度係数の温度係
数を低減させること、にある・この発明を１つの点から
見れば、コイル状に巻かれた繊維を包含し、これの中を
放射が反対方向に進行し、これによってジャイロスコー
プの回転を感知するような、繊維光学ジャイロスコープ
のための、温度補償手段が提供され、この温度補償手段
は、前記のコイル状に巻かれた繊維の屈折率の温度係数
と熱膨張係数との差を少くとも低減させるように、前記
温度係数に対して選択された熱膨張係数を、前記のコイ
ル状に巻かれた繊維に線するに適している。
周波数変調系を使用する位相消失ジャイロスコープにお
いて、変調器に加えられる周波数Ｆが、弐Ｆ−Ｂωによ
って、加えられる回転速度ωに関係づけられ、ここでＳ
は光学尺度係数として知られている、ということが見ら
れる。この形式のジャイロスコープにおいて、光学尺度
係数の温度係数が、コイルの熱膨張係数から繊維の屈折
率の温度係数を引いたものに等しい、ということを見る
ことができる。この場合に、温度補償手段は、望ましく
は、繊維の屈折率の温度係数にほぼ等しい熱膨張係数を
、コイル状に巻かれた繊維に課して、光学尺度係数の温
度係数を実質的に低減させるに、適している。
いて、変調器に加えられる周波数Ｆが、弐Ｆ−Ｂωによ
って、加えられる回転速度ωに関係づけられ、ここでＳ
は光学尺度係数として知られている、ということが見ら
れる。この形式のジャイロスコープにおいて、光学尺度
係数の温度係数が、コイルの熱膨張係数から繊維の屈折
率の温度係数を引いたものに等しい、ということを見る
ことができる。この場合に、温度補償手段は、望ましく
は、繊維の屈折率の温度係数にほぼ等しい熱膨張係数を
、コイル状に巻かれた繊維に課して、光学尺度係数の温
度係数を実質的に低減させるに、適している。
１つの配備においては、温度補償手段が形成器からなシ
、これに繊維がコイル状に巻かれ、前記形成器は、コイ
ル状に巻かれた繊維の屈折率の温度係数にほぼ等しい熱
膨張係数を、形成器によってコイルに綴するような、熱
膨張係数を有する材料で作られる。
、これに繊維がコイル状に巻かれ、前記形成器は、コイ
ル状に巻かれた繊維の屈折率の温度係数にほぼ等しい熱
膨張係数を、形成器によってコイルに綴するような、熱
膨張係数を有する材料で作られる。
別の配備においては、温度補償手段ｔよ、コイル状に巻
かれた繊維の屈折率の温度係数にほぼ等しい熱膨張係数
を、コイル状に巻かれた繊維に課するに十分な、熱膨張
係数を有する、コイル状に巻かれた繊維の被覆からなる
。
かれた繊維の屈折率の温度係数にほぼ等しい熱膨張係数
を、コイル状に巻かれた繊維に課するに十分な、熱膨張
係数を有する、コイル状に巻かれた繊維の被覆からなる
。
いずれかの配備において、温度補償手段は、望ましくけ
、コイルを横切る熱勾配を低減させるため、比較的高い
熱伝導率を有する材料で形成される。
、コイルを横切る熱勾配を低減させるため、比較的高い
熱伝導率を有する材料で形成される。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施例について
以下に説明する。
以下に説明する。
第１図には、温度補償手段の第１実施例を包含する位相
消失繊維光学ジャイロスコープが図示される。ジャイロ
スコープは単一モードの光学繊維１１のコイル１０を有
し、このコイルを、レーザー１２およびビーム分割器１
６によって生成した互に反対方向に伝播する２つ光のビ
ームが進行し、これらの光ビームは、コイルを通過した
のちにビーム分割器１６によって検出器１４上へ再び組
合わされる。回転ωがジャイロスコープに加えられると
、加えられた回転に関連する位相差が、コイルを離れる
両ビームの間に導入される。
消失繊維光学ジャイロスコープが図示される。ジャイロ
スコープは単一モードの光学繊維１１のコイル１０を有
し、このコイルを、レーザー１２およびビーム分割器１
６によって生成した互に反対方向に伝播する２つ光のビ
ームが進行し、これらの光ビームは、コイルを通過した
のちにビーム分割器１６によって検出器１４上へ再び組
合わされる。回転ωがジャイロスコープに加えられると
、加えられた回転に関連する位相差が、コイルを離れる
両ビームの間に導入される。
この位相差は、検出器１４によって感知され、周波数変
調器１５によって補償の位相差を生成させることによっ
て消失させられる。互に反対方向に伝播する両ビーム、
のうちの一方は、コイルを通過する以前に変調器１５に
出会うが、他方のビームは、コイルを通過したのちに変
調器を通過する。
調器１５によって補償の位相差を生成させることによっ
て消失させられる。互に反対方向に伝播する両ビーム、
のうちの一方は、コイルを通過する以前に変調器１５に
出会うが、他方のビームは、コイルを通過したのちに変
調器を通過する。
故に双方のビームは、同じ変位した周波数で、【−かし
周波数変調器１５およびコイルの長さによって導入され
た周波数変位によって決定される位相差で、コイルを離
れる。使用の際に、回転がジャイロスコープに加えられ
るときに、合成位相差は、変調器によって導入される周
波数変位の調節によって消失させられ、要求される周波
数変位（Ｆ）が、加えられる回転速度（ω）に次の式で
関連することが見られる。
周波数変調器１５およびコイルの長さによって導入され
た周波数変位によって決定される位相差で、コイルを離
れる。使用の際に、回転がジャイロスコープに加えられ
るときに、合成位相差は、変調器によって導入される周
波数変位の調節によって消失させられ、要求される周波
数変位（Ｆ）が、加えられる回転速度（ω）に次の式で
関連することが見られる。
ここで、 Ｒ＝繊維光学コイルの半径、λ＝使用される
光の波長、 ｎ＝使用される繊維のル（折率、 である。
光の波長、 ｎ＝使用される繊維のル（折率、 である。
として知られ、温度に対するこの項の安定性の増大が望
まれ、周囲温度に拘わらずこれが一定になることが理想
的である。
まれ、周囲温度に拘わらずこれが一定になることが理想
的である。
周波数変調器を採用し安定した周波数で作動する位相消
失ジャイロスコープに対して、温度にょる光学尺度係数
の変化率１・１［（光学尺度係数Ｓ ｄＴ の温度係数）は、次の式で与えられることが見られる。
失ジャイロスコープに対して、温度にょる光学尺度係数
の変化率１・１［（光学尺度係数Ｓ ｄＴ の温度係数）は、次の式で与えられることが見られる。
ｄｎ
丁・−計−は繊維コイルの屈折率の温度係数であり、コ
イル半径の熱膨張係数は繊維の熱膨張係数に等しいこと
、すなわち土・旦＝１・並であるこＲｄＴ Ｌ ｄＴ とが見られる。尺度係数Ｓの同様な解析は、周波数変調
器ではなく位相変調器を使用する位相消失ジャイロスコ
ープにも適用でき、この点において、光学尺度係数の温
度安定化に対してここで記載した方法および装置は、す
べての形式の消失繊維光学ジャイロスコープに適用でき
る。
イル半径の熱膨張係数は繊維の熱膨張係数に等しいこと
、すなわち土・旦＝１・並であるこＲｄＴ Ｌ ｄＴ とが見られる。尺度係数Ｓの同様な解析は、周波数変調
器ではなく位相変調器を使用する位相消失ジャイロスコ
ープにも適用でき、この点において、光学尺度係数の温
度安定化に対してここで記載した方法および装置は、す
べての形式の消失繊維光学ジャイロスコープに適用でき
る。
繊維ジャイロスコープに適した単一モードの繊維は、現
在では殆んど専ら、高度にドーピングされたシリカガラ
スから構成され、これに対する屈折率の温度係数は、作
動波長λに依存して６から６−１ ８ｘ１０ ’Ｃの範囲に存する。
在では殆んど専ら、高度にドーピングされたシリカガラ
スから構成され、これに対する屈折率の温度係数は、作
動波長λに依存して６から６−１ ８ｘ１０ ’Ｃの範囲に存する。
第１図を参照すれば、コイル１０はコイル形成器１６に
巻かれ、これは、ｌＪ＊維の半径熱膨張係数１ ｄＲ Ｒ’ｄＴ を、繊維の屈折率の温度係数の値にほぼ匹敵
する値を有するようにするような、拐料（例えば同心層
構造）からなる。シリカ基の単一モードの繊維の場合に
、変型されない半径熱膨張係数は約５Ｘ１０’Ｃのよう
に極めて低く、故にコイル形成器１６Ｆｉ、屈折率の温
度係数にほぼ等しい熱膨張係数を課テるために、コイル
状に巻かれた（ぐるぐる巻かれた）繊維に歪を付与する
。
巻かれ、これは、ｌＪ＊維の半径熱膨張係数１ ｄＲ Ｒ’ｄＴ を、繊維の屈折率の温度係数の値にほぼ匹敵
する値を有するようにするような、拐料（例えば同心層
構造）からなる。シリカ基の単一モードの繊維の場合に
、変型されない半径熱膨張係数は約５Ｘ１０’Ｃのよう
に極めて低く、故にコイル形成器１６Ｆｉ、屈折率の温
度係数にほぼ等しい熱膨張係数を課テるために、コイル
状に巻かれた（ぐるぐる巻かれた）繊維に歪を付与する
。
見出されたところによれば、繊維の屈折率の温度係数は
、形成器によって歪ませられたときに、光弾性効果によ
ってシリカ基の繊維に対して約２０％だけ低減し、故に
、特定された例に対１−て、コイルに課すべき熱膨張係
数は４，８から６．４Ｘ１０−’″Ｃの範囲内に存すべ
きである。
、形成器によって歪ませられたときに、光弾性効果によ
ってシリカ基の繊維に対して約２０％だけ低減し、故に
、特定された例に対１−て、コイルに課すべき熱膨張係
数は４，８から６．４Ｘ１０−’″Ｃの範囲内に存すべ
きである。
強調すべき点として、特別の熱膨張係数を有するように
されるのは、繊維コイルであって形成器ではない。例え
ば、コイルの多くのターンの集束効果によって、形成器
それ自身の熱膨張係数は、これがコイルに与える熱膨張
係数よシ著しく高い、ということが見出される。
されるのは、繊維コイルであって形成器ではない。例え
ば、コイルの多くのターンの集束効果によって、形成器
それ自身の熱膨張係数は、これがコイルに与える熱膨張
係数よシ著しく高い、ということが見出される。
コイル形成器１６はまた、別の誤差を導入すると見られ
るコイルを横切る温度勾配を最小にするように選択され
、故にこれを形成する材料は、できるだけ高い熱伝導率
を有しかつ同時に上述した熱＃脹基準に適合するように
、選択される。
るコイルを横切る温度勾配を最小にするように選択され
、故にこれを形成する材料は、できるだけ高い熱伝導率
を有しかつ同時に上述した熱＃脹基準に適合するように
、選択される。
コイル形成器の材料の選択範囲は広く、適轟な材料はシ
ョット（５ｃｈｏｔｔ ）ガラス第ＢＫ３号および第Ｂ
Ｋ５号のようなホウケイ酸ガラスであって、これは、−
３０’Ｃおよび＋７０°Ｃの温度１ｉｔｉ２囲でそれぞ
し５．３ｘ１０ °Ｃおよび６．０ｘｌｏ’Ｃの熱膨張
係数を有し、約ＩＷｍＫ の熱伝導率を有する。
ョット（５ｃｈｏｔｔ ）ガラス第ＢＫ３号および第Ｂ
Ｋ５号のようなホウケイ酸ガラスであって、これは、−
３０’Ｃおよび＋７０°Ｃの温度１ｉｔｉ２囲でそれぞ
し５．３ｘ１０ °Ｃおよび６．０ｘｌｏ’Ｃの熱膨張
係数を有し、約ＩＷｍＫ の熱伝導率を有する。
これらの基準を満たす別の材料は、当業者に明らかであ
シ、その選択は、費用、使用し易さ、利用可能性などに
基いてなされる。
シ、その選択は、費用、使用し易さ、利用可能性などに
基いてなされる。
第２図には、温度補償手段の別の実施例が示され、この
場合に、変型された熱膨張係数は、ナイロンのような厚
い外側被榎１７によってコイルのｐｉｔ維１１に課せら
れ、この被覆は、繊維とコイルの組合せに対して繊維そ
れ自身よ）も犬きくかつ繊維の屈折率の温度係数に接近
した、熱膨張係数を提供するように、選択される。
場合に、変型された熱膨張係数は、ナイロンのような厚
い外側被榎１７によってコイルのｐｉｔ維１１に課せら
れ、この被覆は、繊維とコイルの組合せに対して繊維そ
れ自身よ）も犬きくかつ繊維の屈折率の温度係数に接近
した、熱膨張係数を提供するように、選択される。
繊維は、多くの場合、コイルの移動を阻止するために依
然としてコイル形成器に巻かれるが、このコイル形成器
は、別の張力および別の尺度係数変化を誘起することが
ないように、極めＣ小さい熱膨張係数を有する材料で作
られる。
然としてコイル形成器に巻かれるが、このコイル形成器
は、別の張力および別の尺度係数変化を誘起することが
ないように、極めＣ小さい熱膨張係数を有する材料で作
られる。
第１図は、温度補償手段の第１例を有する繊維光学ジャ
イロスコープの図解図、第２図をよ、温度補償手段の第
２例を有する繊維光学ジャイロスコープの繊維の断面図
である。 図面において、１０はコイル、 １１は光学繊維、 １
６は形成器、 １７は被覆を示す。 〜・２ 第１頁の続き ［相］発 明 者 アーサー・ジョン・バ Ｉ−ロー
〉 ギリス国・ハンプシャー・サウスハンプトン・デイジタ
′・パリウ・デュークスウッド・ドライブ−３３手続補
正書（方式） 昭和５９年１２月２４日 特ＷＱ庁長官殿 １、事件の表示 昭和５９年 特許願 第コ、ｅ＋６６４０号３、補正を
する者 事件との関係 特許出願人 住 所 イギリス画、ロンドン、ニス、タブリュ、１．
ボーメいモール、１００ 名称？リティッシー〇エアロスベイスーパプリソクーリ
ミアツド・カンハニー ４、代理人 昭和５９年１１ＪＩ ７日 別紙の通シ 図面の浄店内容に変更なｌ−
イロスコープの図解図、第２図をよ、温度補償手段の第
２例を有する繊維光学ジャイロスコープの繊維の断面図
である。 図面において、１０はコイル、 １１は光学繊維、 １
６は形成器、 １７は被覆を示す。 〜・２ 第１頁の続き ［相］発 明 者 アーサー・ジョン・バ Ｉ−ロー
〉 ギリス国・ハンプシャー・サウスハンプトン・デイジタ
′・パリウ・デュークスウッド・ドライブ−３３手続補
正書（方式） 昭和５９年１２月２４日 特ＷＱ庁長官殿 １、事件の表示 昭和５９年 特許願 第コ、ｅ＋６６４０号３、補正を
する者 事件との関係 特許出願人 住 所 イギリス画、ロンドン、ニス、タブリュ、１．
ボーメいモール、１００ 名称？リティッシー〇エアロスベイスーパプリソクーリ
ミアツド・カンハニー ４、代理人 昭和５９年１１ＪＩ ７日 別紙の通シ 図面の浄店内容に変更なｌ−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 コイル状に巻かれた繊維を包含し、これの中を放
射が反対方向に進行し、これによってジャイロスコープ
の回転を感知できる、ような形式の繊維光学ジャイロス
コープにおいて、前記のコイル状に巻かれた繊維の屈折
率の温度係数と熱膨張係数との差を少くとも低減させる
ように、前記温度係数に対して選択された熱膨張係数を
、前記のコイル状に巻かれた繊維に諌するに適した、温
度補償手段が具備されていることを特徴とする織糸１Ｆ
光学ジヤイロスコープ０ ２、 温度補償手段が、繊維の屈折率の温度係数の値に
等しい値の熱膨張係数を、コイル状に巻かれた繊維に課
する、特許請求の範囲第１項に記載の繊維光学ジャイロ
スコープ。 ６、 前記温度補償手段が形成器要素からなり、これに
ｐＪ、ｍがコイル状に巻かれる特許請求の範囲第１項に
記載の繊維光学ジャイロスコープ。 ４、温度補償手段が、コイル状に巻かれた繊維の、被覆
からなる、特許請求の範囲第１項に記載の繊維光学ジャ
イロスコープ。 ５、 前記形成器要素が、コイルを横切る熱勾配を低減
させるため、比較的高い熱伝導率を有する材料で形成さ
れる、特許請求の範囲第３項に記載の繊維光学ジャイロ
スコープ。 ６ 前記被覆が、コイルを横切る熱勾配を低減させるた
め、比較的高い熱伝導率を有する、特許請求の範囲第４
項に記載の繊維光学ジャイロスコープ。 ｌ 前記形成器要素がホウケイ酸ガラス材料から形成さ
れる、特許請求の範囲第３項に記載の繊維光学ジャイロ
スコープ。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB8321870 | 1983-08-13 | ||
| GB8321870 | 1983-08-13 |
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|---|---|
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| JPH0464410B2 JPH0464410B2 (ja) | 1992-10-14 |
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| JP59166640A Granted JPS60104210A (ja) | 1983-08-13 | 1984-08-10 | 繊維光学ジヤイロスコ−プ |
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1984
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- 1984-08-13 FR FR8412736A patent/FR2550623B1/fr not_active Expired
Patent Citations (1)
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