JPS6086411A - Optical fiber type gyroscope - Google Patents

Optical fiber type gyroscope

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JPS6086411A
JPS6086411A JP58194185A JP19418583A JPS6086411A JP S6086411 A JPS6086411 A JP S6086411A JP 58194185 A JP58194185 A JP 58194185A JP 19418583 A JP19418583 A JP 19418583A JP S6086411 A JPS6086411 A JP S6086411A
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JP
Japan
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light
phase difference
optical
optical fiber
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JP58194185A
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JPH0363683B2 (en
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Takashi Takaguchi
隆 高口
Akihiro Ishibashi
石橋 明洋
Ryo Mizuno
水野 涼
Rokuro Miyazaki
宮崎 緑郎
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Hitachi Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Original Assignee
Hitachi Ltd
Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
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    • 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

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は運動体の角速度や運動方向を測定するためのジ
ャイロスコープに係り、特に、光のサグナック効果を利
用したジャイロスコープに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a gyroscope for measuring the angular velocity and direction of motion of a moving object, and particularly to a gyroscope that utilizes the Sagnac effect of light.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

一般に、光のサグナック効果を利用した光フアイバー型
レーザ・ジャイロスコープは、例えば、第1図に示すよ
うに構成される。すなわち、ビーム光を発生するレーザ
発生装置lのレーザ光進行方向に、ビーム分割器2を設
置し、分割された分割光の進行方向に、夫々、集光レン
ズ3a、3bを設置し、かつ、各集光レンズ3a、3b
の焦点に、光ファイバーを複数回巻回して形成したファ
イバーループ40両端を位置させ、また、ファイ・ミー
ループ4を通った光がビーム分割器2を透過、あるいは
、反射される方向でレーザ発生装置lとは異なる位置に
光センサ5を設置した光学装置を備える。
In general, a fiber optic laser gyroscope that utilizes the Sagnac effect of light is configured as shown in FIG. 1, for example. That is, the beam splitter 2 is installed in the direction in which the laser beam of the laser generator l that generates the beam light travels, and the condenser lenses 3a and 3b are installed in the direction in which the split light beams travel, and, Each condenser lens 3a, 3b
The ends of the fiber loop 40 formed by winding the optical fiber multiple times are positioned at the focal point of the fiber loop 40, and the laser generator l is positioned in the direction in which the light passing through the fiber loop 4 is transmitted through the beam splitter 2 or reflected. An optical device is provided with an optical sensor 5 installed at a different position.

レーザ発生装置lから出たレーザ光はビーム分割器2で
分割され、これがファイバールー140両端から同時に
逆方向に進行する。ファイバーループ4から出た光は合
成され光センサ5の面に入射される。ここで、ファイバ
ーループ4が静止していれば合成光に位相差がなく、入
射光は静止している。ここで、ファイバーループが回転
を受けると、ファイバーループ4の内部を互いに逆方向
に進む光に光路差を生じ、その結果、光センサ5の面に
到達した合成光間に位相差を生じ、光の干渉状態が存在
することになるので光量の増減、すなわち、明暗をもた
らす。
The laser light emitted from the laser generator 1 is split by the beam splitter 2, and the split beam travels simultaneously from both ends of the fiber loop 140 in opposite directions. The light emitted from the fiber loop 4 is combined and incident on the surface of the optical sensor 5. Here, if the fiber loop 4 is stationary, there is no phase difference in the combined light, and the incident light is stationary. Here, when the fiber loop is rotated, an optical path difference is created between the lights traveling in opposite directions inside the fiber loop 4, and as a result, a phase difference is created between the combined lights that reach the surface of the optical sensor 5, and the light Since there is an interference state of

文献によれば、サグナック効果によって誘起される両光
間の位相差θは、 ここに、L;光ファイバーの長さ a:光フアイバーループ半径 C:光速 λ:レーザ光の波長 Ω:ファイバーループの慣性空間に対 する回転角速度。
According to the literature, the phase difference θ between the two lights induced by the Sagnac effect is: where, L; length of the optical fiber a: radius of the optical fiber loop C: speed of light λ: wavelength of the laser beam Ω: inertia of the fiber loop Rotational angular velocity relative to space.

第1図に示す光学装置では光センサ5の出力はl十(社
)θに比例する。しかし、これではジャイロスコープと
して使用することが困難である。
In the optical device shown in FIG. 1, the output of the optical sensor 5 is proportional to l+θ. However, this makes it difficult to use it as a gyroscope.

すなわち、ジャイロスコープは運動体の角速度とくに回
転角速度全測定するとき、その範囲が、例えば、毎秒0
.01度以下の微小回転から、毎秒100度を超えるこ
とを要求されるのが一般である。CIJSθの出力では
微小回転に対する感度が得られない。この欠点を解決す
るため、第2図に示す光学装置が知られている。ビーム
分割器7a。
In other words, when a gyroscope measures the entire angular velocity of a moving object, especially the rotational angular velocity, the range is, for example, 0 per second.
.. Generally, rotations ranging from minute rotations of less than 0.01 degrees per second to rotations exceeding 100 degrees per second are required. The output of CIJSθ cannot provide sensitivity to minute rotations. In order to solve this drawback, an optical device shown in FIG. 2 is known. Beam splitter 7a.

7b、7cヶ設け、このビーム分割器7bと70との間
に位相器8を設置する。いま、レーザ発生装R1から出
たビーム光が、ビーム分割器2により透過するものと反
射するものとに2分される。
7b and 7c are provided, and a phase shifter 8 is installed between the beam splitters 7b and 70. Now, the beam light emitted from the laser generator R1 is divided into two by the beam splitter 2, into a transmitted beam and a reflected beam.

透過した光は、ビーム分割器7CVこよし再び透過する
光と反射する光とに分けられる。反射された光は光学装
置の外へ出るので何ら機能を果さない。
The transmitted light is divided into transmitted light and reflected light by the beam splitter 7CV. The reflected light exits the optical device and serves no function.

黒い布、あるいは、反射防止材などにより吸収させるこ
とにより処理するのが普通である。
It is usually treated by absorbing it with black cloth or anti-reflection material.

ビーム分割器7Ct透過したビーム光は集光レンズ3a
’&通り、ファイバーループ4に入光する。
The beam light transmitted through the beam splitter 7Ct is passed through the condenser lens 3a.
'& street, light enters fiber loop 4.

ファイバーループ4の内部を反時計方向に回転し通過し
たビーム光は集光レンズ3b、ビーム分割器7a、およ
び、7bにより反射され、光センサ6に入射される。一
方、ビーム分割器2で反射された光は、ビーム分割器7
ai透過、集光レンズ3bl経て、ファイバーループ4
に入光する。
The light beam that has rotated counterclockwise and passed through the inside of the fiber loop 4 is reflected by the condenser lens 3b, beam splitters 7a and 7b, and is incident on the optical sensor 6. On the other hand, the light reflected by the beam splitter 2 is transmitted to the beam splitter 7.
AI transmission, through condensing lens 3BL, fiber loop 4
sunlight enters.

ファイバーループ4の内部を時計方向に回転し、通過し
たビーム光は集光レンズ3aを通り、ビーム分割器7C
で反射し、位相器8に入る。
The light beam that rotates clockwise inside the fiber loop 4 passes through the condensing lens 3a, and then passes through the beam splitter 7C.
and enters the phase shifter 8.

位相器8により、ファイバーループ4の内部を左右両回
りに伝播する光が光センサ6の面に入射するとき、この
左右両回り光間にπ/2の位相差バイアスが与えられる
。位相器8を通ったビーム光はビーム分割器7b’Th
透過し光センサ6に1′入射する。このように入射した
左右両回り間には位相差があるので、光の干渉を生じ、
光センサ6の出力はsinθ(θはサグナック効果によ
る位相差)に比例したものとなり、微小回転時の感度最
適化が図られ、第1図に示す光学装置の欠点を改善する
ことができる。しかし、この位相差バイアスを加える第
2図の光学装置でも、検出すべき回転角速度が大きくな
り、サグナック効果による位相差θが毎秒90度に近づ
くと感度が低下し、しかも、毎秒90度を超えた回転か
否かの判定が出来ないなどの問題があり、検出すべき回
転角速度の範囲が制限されるなどの欠点がある。
When the light propagating in the left and right directions inside the fiber loop 4 is incident on the surface of the optical sensor 6, the phase shifter 8 applies a phase difference bias of π/2 between the left and right lights. The beam light that has passed through the phase shifter 8 is passed through the beam splitter 7b'Th.
The light passes through and enters the optical sensor 6 by 1'. Since there is a phase difference between the left and right sides of the incident light, interference occurs,
The output of the optical sensor 6 is proportional to sin θ (θ is the phase difference due to the Sagnac effect), and the sensitivity during minute rotations can be optimized and the drawbacks of the optical device shown in FIG. 1 can be improved. However, even with the optical device shown in Figure 2 that applies this phase difference bias, the sensitivity decreases as the rotational angular velocity to be detected increases and the phase difference θ due to the Sagnac effect approaches 90 degrees per second. There are problems such as the inability to determine whether or not the rotation has occurred, and there are drawbacks such as the range of rotational angular velocity to be detected is limited.

この欠点を解消するため、第3図の光学装置が知られて
いる。
To overcome this drawback, the optical device shown in FIG. 3 is known.

光センサ6のほかに、もう一つの光センサ9を設け、そ
れぞれsinθおよび眠θによる光信号出力を得る方式
である。そして、とのsinθおよび房θの出力を、第
4図に示すように回転角速度に比例した位相差θの範囲
により、抽θと唯θのいずれかを切換えて使用する(第
4図のグラフで太線で示す範囲)。このようにsinθ
、CO3θを切換えることにより検出感度は向上するが
、検出時間にずれケ生じないようsinθからθをめ、
蓋θからθをめる計算を同時に行なわなければならず複
数組の計算機を必斐とする欠点が多す、シかも切換点に
おける検出値に不連続点が生じるなどの欠点があった。
In addition to the optical sensor 6, another optical sensor 9 is provided to obtain optical signal outputs based on sin θ and sin θ, respectively. Then, as shown in Fig. 4, the outputs of the sin θ and the output of the tuft θ are used by switching between the extraction θ and the output θ, depending on the range of the phase difference θ proportional to the rotational angular velocity (the graph in Fig. 4 (range indicated by thick line). In this way, sin θ
, the detection sensitivity is improved by changing CO3θ, but in order to avoid any deviation in the detection time, it is necessary to change θ from sinθ.
There are many disadvantages in that calculations for subtracting θ from θ must be performed at the same time, requiring the use of multiple sets of calculators, and discontinuities occur in detected values at switching points.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、微小回転検出を可能とし、しかも検出
回転角速度の範囲を拡大できる光フアイバー型ジャイロ
スコープ全提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical fiber type gyroscope that is capable of detecting minute rotations and expanding the range of detected rotational angular velocities.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の実施例を第5図および第6図によって示す。第
5図において、lQaおよびlObは増幅器で光センサ
6および9からの、 sinθおよびcgsθの出力を
増幅する。そしてこの増幅された光を変換器11aおよ
びllbによ、すA/D変換を行ない、計算機12によ
り演算する。
An embodiment of the invention is shown in FIGS. 5 and 6. In FIG. 5, lQa and lOb are amplifiers that amplify the outputs of sin θ and cgs θ from the optical sensors 6 and 9. Then, this amplified light is subjected to A/D conversion by converters 11a and llb, and calculations are performed by computer 12.

演算の方法は第6図に示すとおりである。すなわち、 (1) sinθの出力に定数Affi乗じてAs1n
θとする。
The calculation method is as shown in FIG. That is, (1) Multiply the output of sinθ by the constant Affi to obtain As1n
Let it be θ.

(2) coSθの出力に定数Bk乗じてBcO8θと
する。
(2) Multiply the output of coSθ by a constant Bk to obtain BcO8θ.

(3) sinθの出力が負のときは、−Bcosθと
する(符号を負に切換える) (4) sinθの出力が正のときは、A31nθ+B
−Bcosθの演算全行なう。
(3) When the output of sinθ is negative, set it to -Bcosθ (switch the sign to negative) (4) When the output of sinθ is positive, set it as A31nθ+B
- Perform all calculations of B cos θ.

(5) sinθの出力が負のときは、As1nθ−B
十B(社)θの演算を行なう。
(5) When the output of sinθ is negative, As1nθ−B
10B (company) θ is calculated.

このような構成になって−るので計算機12の内部でつ
ぎの計算が行なわれる。
With this configuration, the following calculations are performed inside the computer 12.

sinθの出力が正のときは、 As1nθ+B−BIXISθ = B +、’λ1+ B” sin (θ−φ)ここ
に、 φ: tan −’ − また、 sinθの出力が負のときは、As1nθ−B
+BOQSθ 一−B十ムσ下市F8市(θ十φ) の各々の式から、位相差θをめることができ、従って、
ジャイロスコープの回転角速度がめられる。
When the output of sinθ is positive, As1nθ+B-BIXISθ = B +, 'λ1+B' sin (θ-φ) where, φ: tan -' - Also, when the output of sinθ is negative, As1nθ-B
+BOQSθ 1 − B 0 m σ Shimoichi F 8 City (θ 0 φ) From each equation, the phase difference θ can be calculated, and therefore,
The rotational angular velocity of the gyroscope is measured.

これによって得られる効果はつぎのとおりである。The effects obtained by this are as follows.

(1) 出力(直がsinθまたは鍬θの値を切換えて
使用する場合に比し大きくなり、従って、感度が向上す
るのでジャイロスコープとしての回転角速度検出性能、
すなわち、分解能が向上する。
(1) Output (direction) is larger than when using by switching the value of sin θ or hoe θ, and therefore sensitivity is improved, so rotational angular velocity detection performance as a gyroscope is improved.
In other words, resolution is improved.

(2出力値が1組であり、sinθから位相差θ金求め
る計算機能は1組のみで良い。
(There is one set of two output values, and only one set of calculation function is required to calculate the phase difference θ from sin θ.

(3)定数AおよびB?選定することにより、位相差θ
の検出範囲全最適に設定することができる。
(3) Constants A and B? By selecting the phase difference θ
The entire detection range can be set optimally.

すなわち、 B十、’7戸璽]正sin (θ−φ)−B十に”て)
 B” sin (θ十φ)の各計算式から、つぎの範
囲がめられる。
That is, B ten, '7 door seal] positive sin (θ-φ) - B ten"te)
The following ranges can be found from the calculation formulas for B'' sin (θ + φ).

位相差θの範囲に応じて定数A、Bk選定すれば良い。The constants A and Bk may be selected depending on the range of the phase difference θ.

また、本発明の応用として、例えば、 As1nθ−Bcosθ+C As1nθ十BCIJ2θ−C のように、定数AおよびBに加え、定数Cを用いても良
いが、この場合は、位相差θ=0のとき、出力値に不連
続点が生じることになる。
Further, as an application of the present invention, a constant C may be used in addition to the constants A and B, for example, As1nθ−Bcosθ+C As1nθ+BCIJ2θ−C, but in this case, when the phase difference θ=0, Discontinuities will occur in the output values.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は従来の光学装置を示す構造図、第3図
は本発明の一実施例の光学装置の構造図、第4図は従来
の出力計算方法の説明図、第5図は本発明の出力処理装
置の構成図、第6図は本発明の出力計算の説明図でおる
。 l・・・レーザ発生装置、2・・・ビーム分割器、4・
・・ファイバルーグ、5・・・光センサ、6・・・光セ
ンサ、7・・・ビーム分割器、8・・・位相器、9・・
・光七/す。 第 7 日 第 4 口 CO8θ 第 、5 図
1 and 2 are structural diagrams showing a conventional optical device, FIG. 3 is a structural diagram of an optical device according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional output calculation method, and FIG. 5 is a block diagram of the output processing device of the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the output calculation of the present invention. l... Laser generator, 2... Beam splitter, 4...
...Fiber Roug, 5... Optical sensor, 6... Optical sensor, 7... Beam splitter, 8... Phase shifter, 9...
・Koshana/S. 7th day 4th mouth CO8θ th, 5th figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、閉ざされた同一光路に逆方向から同時に光を導入し
、かつ、前記光路から導出した光から二つの出力を同時
にとり出し、しかも、前記二つの光の出力間の位相差が
π/2であるように構成された光学装置において、 (a) 前記二つの出力値にそれぞれ一定の定数を乗算
した後に加減算を行ない一つの出力値とする。 (b) 正弦関数状出力筒が負符号のときは、他方の出
力、すなわち、余弦関数状出力の符号を反転する、 の演算を行なう手段を設けたことを特徴とする光フアイ
バー型ジャイロスコープ。
[Claims] 1. Light is simultaneously introduced into the same closed optical path from opposite directions, and two outputs are simultaneously taken out from the light led out from the optical path, and furthermore, there is a gap between the outputs of the two lights. In an optical device configured such that the phase difference is π/2, (a) the two output values are each multiplied by a certain constant, and then addition and subtraction are performed to obtain one output value. (b) An optical fiber type gyroscope, characterized in that it is provided with a means for performing the calculation of inverting the sign of the other output, that is, the cosine function output when the sine function output tube has a negative sign.
JP58194185A 1983-10-19 1983-10-19 Optical fiber type gyroscope Granted JPS6086411A (en)

Priority Applications (1)

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JP58194185A JPS6086411A (en) 1983-10-19 1983-10-19 Optical fiber type gyroscope

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JP58194185A JPS6086411A (en) 1983-10-19 1983-10-19 Optical fiber type gyroscope

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JPH0363683B2 JPH0363683B2 (en) 1991-10-02

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ID=16320350

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS629214A (en) * 1985-07-08 1987-01-17 Japan Aviation Electronics Ind Ltd Optical interference angular velocity meter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6085313A (en) * 1983-10-14 1985-05-14 Yokogawa Hokushin Electric Corp Optical fiber laser gyroscope

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