JPS6280512A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
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- JPS6280512A JPS6280512A JP22031985A JP22031985A JPS6280512A JP S6280512 A JPS6280512 A JP S6280512A JP 22031985 A JP22031985 A JP 22031985A JP 22031985 A JP22031985 A JP 22031985A JP S6280512 A JPS6280512 A JP S6280512A
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- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 18
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
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Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
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】
羞1ユ至困月分!
本発明は、光ファイバジャイロに関するものであり、更
に詳述するならば、高精度で且つダイナミックレンジが
広い光ファイバジャイロに関するものである。
に詳述するならば、高精度で且つダイナミックレンジが
広い光ファイバジャイロに関するものである。
従来の技術
現在、ジャイロが様々な分野で利用され、特に、航空機
、飛翔体、自動車などの移動体のナビゲーションや姿勢
制御のための角速度センサとして活用されている。この
ジャイロを使用すれば、角速度だけでなく、それを積分
することにより方位などのデータも得ることができる。
、飛翔体、自動車などの移動体のナビゲーションや姿勢
制御のための角速度センサとして活用されている。この
ジャイロを使用すれば、角速度だけでなく、それを積分
することにより方位などのデータも得ることができる。
そのようなジャイロの中で、光ファイバジャイロは、光
及びその光が伝搬する光ファイバが磁界や電界の影響を
受は難いため、シールドの問題なくどのような環境でも
使用でき、また、可動部が全くなく且つ小型化が可能で
あり、更に、最小検出可能角速度(感度〉、ドリフト、
画側範囲(ダイナミックレン・ジ)、スケールファクク
の安定性の点において、従来のジャイロに比較して優れ
ているために、近年注目され開発されている。
及びその光が伝搬する光ファイバが磁界や電界の影響を
受は難いため、シールドの問題なくどのような環境でも
使用でき、また、可動部が全くなく且つ小型化が可能で
あり、更に、最小検出可能角速度(感度〉、ドリフト、
画側範囲(ダイナミックレン・ジ)、スケールファクク
の安定性の点において、従来のジャイロに比較して優れ
ているために、近年注目され開発されている。
そのような光ファイバジャイロの例は、例えば、ギヤロ
レンジテー、ジー0、ブカロ ジュー。ニー。
レンジテー、ジー0、ブカロ ジュー。ニー。
他「光フアイバセンサ技術」 アイ イーイーイージャ
ーナルオブカンタムエレクトロニクス(Giallor
enzi T、GlBucaro J、A、et al
”0pticalFiber 5ensor Tec
hnology”、 IBBB J、 of Quan
tumt!1ectronics) QB−18,Nn
4. pp626−662(1982)やクラショウ
及びアイ、ピーギレス「光ファイバジャイロスコープ」
ジャーナルオブフィジクスエレクトロニクスサイエンス
インストルメント(Culshaw and 1.P
、G11es″Fiber 0ptic Gyrosc
opes″J、Phys、B:Sci Instru
m、)16 pp5−15. (1983)や、
坪用、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザ研究
、11. No、12. pp889−902 (19
83)などに詳しく示されている。
ーナルオブカンタムエレクトロニクス(Giallor
enzi T、GlBucaro J、A、et al
”0pticalFiber 5ensor Tec
hnology”、 IBBB J、 of Quan
tumt!1ectronics) QB−18,Nn
4. pp626−662(1982)やクラショウ
及びアイ、ピーギレス「光ファイバジャイロスコープ」
ジャーナルオブフィジクスエレクトロニクスサイエンス
インストルメント(Culshaw and 1.P
、G11es″Fiber 0ptic Gyrosc
opes″J、Phys、B:Sci Instru
m、)16 pp5−15. (1983)や、
坪用、大塚「光ファイバジャイロスコープ」レーザ研究
、11. No、12. pp889−902 (19
83)などに詳しく示されている。
(a) 光ファイバジャイロの原理
ここで、光ファイバジャイロの原理を第2図を参照して
説明する。
説明する。
発光素子10からの光をビームスプリッタ12により分
割して、コイル状に多数回シングルモード光ファイバ1
8を巻回した光フアイバループすなわちセンサコイル2
0の両端に入力して、センサコイル20に右回り(CW
)と左回り(CCW’)に光を伝搬させる。そのとき、
センサコイル20が角速度Ωで回転していると、右回り
光、左回り光に位相差Δθが生じ、Δθを測定すること
によって角速度Ωを検出するものである。
割して、コイル状に多数回シングルモード光ファイバ1
8を巻回した光フアイバループすなわちセンサコイル2
0の両端に入力して、センサコイル20に右回り(CW
)と左回り(CCW’)に光を伝搬させる。そのとき、
センサコイル20が角速度Ωで回転していると、右回り
光、左回り光に位相差Δθが生じ、Δθを測定すること
によって角速度Ωを検出するものである。
センサコイル20の中を右回りに伝搬した光及び左回り
に伝搬した光の電界の強さEcW、Eecwは、次のよ
うに表される。
に伝搬した光の電界の強さEcW、Eecwは、次のよ
うに表される。
Eccw= Etstn(ωt )但し、Er
、Et:左回り光及び右回り光の振幅ω:光の角周波数 t:時間 Δθ:サニャック効果による位相差 そのように位相差Δθが生じた左回り光と右回り光とを
ビームスプリッタ−2で合成して、受光素子26に入射
する。その受光素子26の検出強度から、位相差Δθを
知ることができる。その位相差へ〇は、次のように表す
ことができる。
、Et:左回り光及び右回り光の振幅ω:光の角周波数 t:時間 Δθ:サニャック効果による位相差 そのように位相差Δθが生じた左回り光と右回り光とを
ビームスプリッタ−2で合成して、受光素子26に入射
する。その受光素子26の検出強度から、位相差Δθを
知ることができる。その位相差へ〇は、次のように表す
ことができる。
但し、L:センサコイルのファイバ長
a:センサコイルの半径
C:真空中の光速度
λ:光の波長
Ω:回転角速度
これをサニヤック効果という。
位相差Δθの検出方法には多様なものがあり、様々なも
のが提案されている。
のが提案されている。
最も簡単に、左回り光、右回り光の和を、受光素子で二
乗検波すると、出力Iは、 Iα(l +cos(Δθ)) ・・・・(2)という
形になる。
乗検波すると、出力Iは、 Iα(l +cos(Δθ)) ・・・・(2)という
形になる。
これはCOSの中にΔθがあるので、Δθが0に近い時
の感度が悪いという欠点がある。
の感度が悪いという欠点がある。
そこで、左回り、右回りの光のいずれかの位相を90°
ずらして、二乗検波するという光学機構が提案されてい
る。この場合、出力Iは、IOC(1+5in(Δθ)
)・・・・(3)の形になるから、ΔθがOに近い時の
感度が良い。
ずらして、二乗検波するという光学機構が提案されてい
る。この場合、出力Iは、IOC(1+5in(Δθ)
)・・・・(3)の形になるから、ΔθがOに近い時の
感度が良い。
しかし、いずれか一方の光を分離するためには、光路を
分離するための新たなビームスプリフタが3つ必要にな
る。また、分離された光路の長さを常に等しくしておか
なければならない。
分離するための新たなビームスプリフタが3つ必要にな
る。また、分離された光路の長さを常に等しくしておか
なければならない。
八〇が0に近い時の感度の改善を、上述したように静的
な光学的な検出機構によって行うには、上記のような難
点がある。
な光学的な検出機構によって行うには、上記のような難
点がある。
(b) 位相変調方式光ファイバジャイロそこで、動
的な機構によって、八〇を検出しようとする光ファイバ
ジャイロも多く提案されている。例えば、位相変調方式
、周波数変調方式などである。その中で、最小検出可能
角速度などの点で最も優れているものが、位相変調方式
光ファイバジャイロである。
的な機構によって、八〇を検出しようとする光ファイバ
ジャイロも多く提案されている。例えば、位相変調方式
、周波数変調方式などである。その中で、最小検出可能
角速度などの点で最も優れているものが、位相変調方式
光ファイバジャイロである。
位相変調方式光ファイバジャイロは、光ファイバのセン
サコイルの一方の端に、位相変調素子を設け、変調信号
の大きさを測定することにより位相差Δθを求める方式
である。
サコイルの一方の端に、位相変調素子を設け、変調信号
の大きさを測定することにより位相差Δθを求める方式
である。
その位相変調方式光ファイバジャイロについて第3図を
参照して説明する 発光素子10からの可干渉光は、ビームスプリッタ12
により2つに分けられ、光ファイバ18の両端に結合さ
れる。その光ファイバ18は、センサコイル20を構成
するように巻回された部分と、角周波数ω、で駆動され
るピエゾ素子のような位相変調素子22に巻き付けられ
た部分24とに分けられている。そして、光ファイバの
両端から結合された光は、それぞれ、光ファイバのセン
サコイル20内を右回りと左回りに伝微し、反対側の端
部より出射し、ビームスプリッタ12により合成されて
受光素子26に入射する。
参照して説明する 発光素子10からの可干渉光は、ビームスプリッタ12
により2つに分けられ、光ファイバ18の両端に結合さ
れる。その光ファイバ18は、センサコイル20を構成
するように巻回された部分と、角周波数ω、で駆動され
るピエゾ素子のような位相変調素子22に巻き付けられ
た部分24とに分けられている。そして、光ファイバの
両端から結合された光は、それぞれ、光ファイバのセン
サコイル20内を右回りと左回りに伝微し、反対側の端
部より出射し、ビームスプリッタ12により合成されて
受光素子26に入射する。
位相変調素子をセンサコイルに対して非対称な位置に設
けると、同時に発光素子を出た光が、右回り、左回りに
分けられてセンサコイルと位相変調素子巻回部とを通過
するが、変調の時刻が異なるので、受光素子で出力を二
乗検波した時、変調信号が出力に現われる。変調信号の
振幅にΔθが含まれるから、変調信号の大きさを知って
Δθを求めることができる。
けると、同時に発光素子を出た光が、右回り、左回りに
分けられてセンサコイルと位相変調素子巻回部とを通過
するが、変調の時刻が異なるので、受光素子で出力を二
乗検波した時、変調信号が出力に現われる。変調信号の
振幅にΔθが含まれるから、変調信号の大きさを知って
Δθを求めることができる。
例えば、位相変調器を左回り光の入射端の近傍に設けた
とする。光ファイバのセンサコイルの長さがL1ファイ
バコアの屈折率をn1光速をCとすると、光がセンサコ
イルを通過するに要する時間τは τ−nL/c ・・・(4) である。
とする。光ファイバのセンサコイルの長さがL1ファイ
バコアの屈折率をn1光速をCとすると、光がセンサコ
イルを通過するに要する時間τは τ−nL/c ・・・(4) である。
変調信号が、上記したように、角周波数ω、の正弦波で
あるとする。同時に発光素子を出た光が、右回り光、左
回り光に分かれ、それぞれ位相変調を受ける時の、変調
信号の位相差φは、φ=ω、τ =nLω、/C =2πf、nL/C・・・(5) 但し、ωつ=2πf。
あるとする。同時に発光素子を出た光が、右回り光、左
回り光に分かれ、それぞれ位相変調を受ける時の、変調
信号の位相差φは、φ=ω、τ =nLω、/C =2πf、nL/C・・・(5) 但し、ωつ=2πf。
となる。
サニヤック効果により、右回り光、左回り光は、±Δθ
/2の位相差を持つが、位相変調素子によって、位相が
さらに変調される。位相変調素子の振幅をbとすると、
右回り光、左回り光の電界の強さEcw、E ccwは
、 となる。
/2の位相差を持つが、位相変調素子によって、位相が
さらに変調される。位相変調素子の振幅をbとすると、
右回り光、左回り光の電界の強さEcw、E ccwは
、 となる。
以上のような電界強度を有する右回り光、左回り光は、
ビームスプリッタ12で合成されて受光素子26によっ
て二乗検波されるので、受光素子の出力S(Δθ、1)
はE cwとE cCwの和を二乗したものに比例する
。
ビームスプリッタ12で合成されて受光素子26によっ
て二乗検波されるので、受光素子の出力S(Δθ、1)
はE cwとE cCwの和を二乗したものに比例する
。
S(Δθ、 t ) = (EC,+ Ecc、) ”
・・・(8)これを計算すると、 +D、C,+(2a以上) ・・・(9)但
し、D、 C,は直流成分を意味する。
・・・(8)これを計算すると、 +D、C,+(2a以上) ・・・(9)但
し、D、 C,は直流成分を意味する。
(2a以上)は、光の角振動数の2倍の振動数の項とい
う意味である。なお、これは検出器にはかからないので
0である。
う意味である。なお、これは検出器にはかからないので
0である。
となる。かくして、位相変調素子によりもたらされる位
相差φがあるので、Δθを、変調信号の振幅に関係づけ
て得ることができる。
相差φがあるので、Δθを、変調信号の振幅に関係づけ
て得ることができる。
そこで、D、 C,を省略して、S(Δθ、1)をベッ
セル函数を使って級数展開する。まず、(9)式は次の
ように表される。
セル函数を使って級数展開する。まず、(9)式は次の
ように表される。
S(八〇、1)
・・・αQ
一方、ベッセル函数の母函数展開から、と表すことがで
きる。(12)式の実数部、虚数部の展開から、α0式
のcosSsinの部分の級数展開を得ることができる
。S(Δθ、1)を、これらの部分に分けて、 S(Δθ、1) =(ScCO8Δθ+5sSInΔθ)E、E、 ・
・(13)と書(と、θ−θ+π/2の変換をした後、
J−h(x)=(−)”Jn(x) ・・・(1
4)但し、nは正の整数 という性質を使って、 とおいて、上記SeとSsを書くと、 5e=JO(ξ) + 2 S (−)Jz、、(ξ)cos 2 n a
)、tml ・・・(16) S、=2Σ(−)” J 2h+1 (ξ)cos(2
n+l) ω、t・・・(17) となる。そこで、再び、S(Δθ、1)を表すと次の如
くである。
きる。(12)式の実数部、虚数部の展開から、α0式
のcosSsinの部分の級数展開を得ることができる
。S(Δθ、1)を、これらの部分に分けて、 S(Δθ、1) =(ScCO8Δθ+5sSInΔθ)E、E、 ・
・(13)と書(と、θ−θ+π/2の変換をした後、
J−h(x)=(−)”Jn(x) ・・・(1
4)但し、nは正の整数 という性質を使って、 とおいて、上記SeとSsを書くと、 5e=JO(ξ) + 2 S (−)Jz、、(ξ)cos 2 n a
)、tml ・・・(16) S、=2Σ(−)” J 2h+1 (ξ)cos(2
n+l) ω、t・・・(17) となる。そこで、再び、S(Δθ、1)を表すと次の如
くである。
S(Δθ、1)
=%(Er2+ Et’) +(2cu を以上の成分
)+ErEtJo(ξ)cosΔθ +ErEL2Σ(−i) ” J 2n (ξ)cos
2n cD、t゛cosΔθれ紳1 +E、EL2 Z(−1)”、L、、、+(ξ)co
s(2n+1) ω+5t−sinΔ θ・・・α0
a =DC成分 +2E、ELJI(ξ)cosω、t−5in△θ−2
E、ELJ、(ξ)cos 2ω、t−cosΔθ+高
次成分 ・・・αC9bこれは
、変調信号ω、の基本波と、高周波信号の級数和である
。
)+ErEtJo(ξ)cosΔθ +ErEL2Σ(−i) ” J 2n (ξ)cos
2n cD、t゛cosΔθれ紳1 +E、EL2 Z(−1)”、L、、、+(ξ)co
s(2n+1) ω+5t−sinΔ θ・・・α0
a =DC成分 +2E、ELJI(ξ)cosω、t−5in△θ−2
E、ELJ、(ξ)cos 2ω、t−cosΔθ+高
次成分 ・・・αC9bこれは
、変調信号ω、の基本波と、高周波信号の級数和である
。
適当なフィルタを使えば、基本波の1又は任意の次数の
高調波の信号を取り出すことができる。
高調波の信号を取り出すことができる。
どの信号を採用しても、cosΔθ又はsinΔθの大
きさを知ることができる。
きさを知ることができる。
その場合、その次数のベッセル函数Jh(ξ)の値が大
きくなるよう、位相変調素子による変調の振幅b1変調
角周波数ω1、センサコイル通過時間τを設定すべきで
ある。
きくなるよう、位相変調素子による変調の振幅b1変調
角周波数ω1、センサコイル通過時間τを設定すべきで
ある。
最も高感度が期待できるのは、(17)式の1次の項(
n=o)すなわちaOb式の右辺第2項である。
n=o)すなわちaOb式の右辺第2項である。
これは、基本波成分である。この基本波成分をP(八〇
、1)とすると、 P(Δθ、1) ” 2 ErEt J +(ξ)cos(JJ、t−8
1nΔθ・・・(18) である。かくして、sinΔθに比例した出力かえられ
、基本波成分の振幅を求めて、Δθを知ることができる
。
、1)とすると、 P(Δθ、1) ” 2 ErEt J +(ξ)cos(JJ、t−8
1nΔθ・・・(18) である。かくして、sinΔθに比例した出力かえられ
、基本波成分の振幅を求めて、Δθを知ることができる
。
なお、J、(ξ)を最大にすると感度が良くなるので、
ξ=1.8に設定する。このとき、直流成分J、(ξ)
はほぼ0である。
ξ=1.8に設定する。このとき、直流成分J、(ξ)
はほぼ0である。
以上が位相変調方式の光ファイバジャイロの基本構成で
ある。
ある。
発明が解決しようとする問題点
従来の光ファイバジャイロは、上記した(18)式を見
て分かるように、ΔθをsinΔθの形で検出すること
から、直線性が悪く、検出範囲が、ΔθをsinΔθに
極めて少ない誤差で近似できる範囲に制限され、ダイナ
ミックレンジを広(とることは難しかった。
て分かるように、ΔθをsinΔθの形で検出すること
から、直線性が悪く、検出範囲が、ΔθをsinΔθに
極めて少ない誤差で近似できる範囲に制限され、ダイナ
ミックレンジを広(とることは難しかった。
そこで、本発明は、高精度光ファイバジャイロの精度を
落とすことなく、広いダイナミックレンジを有する光フ
ァイバジャイロを提供せんとするものである。
落とすことなく、広いダイナミックレンジを有する光フ
ァイバジャイロを提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段
すなわち、本発明によるならば、発光素子と、多数回コ
イル状に巻回されたセンサコイル部分を含み且つ前記発
光素子からの光が分岐されて両端に結合され該センサコ
イルを両方向に伝1般した光を両端から出力する光ファ
イバと、該光ファイバを伝搬した両回り光を受ける受光
素子とを具備し、前記センサコイルが回転したときに生
ずる両回り光間の位相差から回転角速度を測定する光フ
ァイバジャイロにおいて、前記センサコイルの一端付近
に設けた位相変調器と、該位相変調器を第1の角周波数
ω1で励振する第1の発振器と、前記受光素子の出力を
受けて前記第1角周波数ω、と同じ周波数成分及びその
2倍の周波数成分を取り出す第1及び第2の同期検波器
と、それら第1及び第2の同期検波器の出力をそれぞれ
受けて互いに90°位相の異なる第2の角周波数ω1の
信号を振幅変調する第1及び第2の変調器と、それら第
1及び第2の変調器の出力を加算する加算器と、該加算
器の出力を前記第2の角周波数を基準位相として比較し
て、回転角速度に比例する右回り光と左回り光の間の位
相差を出力する位相比較器とが具備される。
イル状に巻回されたセンサコイル部分を含み且つ前記発
光素子からの光が分岐されて両端に結合され該センサコ
イルを両方向に伝1般した光を両端から出力する光ファ
イバと、該光ファイバを伝搬した両回り光を受ける受光
素子とを具備し、前記センサコイルが回転したときに生
ずる両回り光間の位相差から回転角速度を測定する光フ
ァイバジャイロにおいて、前記センサコイルの一端付近
に設けた位相変調器と、該位相変調器を第1の角周波数
ω1で励振する第1の発振器と、前記受光素子の出力を
受けて前記第1角周波数ω、と同じ周波数成分及びその
2倍の周波数成分を取り出す第1及び第2の同期検波器
と、それら第1及び第2の同期検波器の出力をそれぞれ
受けて互いに90°位相の異なる第2の角周波数ω1の
信号を振幅変調する第1及び第2の変調器と、それら第
1及び第2の変調器の出力を加算する加算器と、該加算
器の出力を前記第2の角周波数を基準位相として比較し
て、回転角速度に比例する右回り光と左回り光の間の位
相差を出力する位相比較器とが具備される。
作置
位相変調方式光ファイバジャイロの出力は、上記したw
式の如くであり、それを変形して示すと、以下のように
なる。
式の如くであり、それを変形して示すと、以下のように
なる。
S(Δθ)
= −(E、”+EL”)
+E、EL (CJO(ξ)+nJ2..(ξ)cos
2n (11,t ] cosΔθ・・・αOc 従って、上記した位相変調器が第1の角周波数の。
2n (11,t ] cosΔθ・・・αOc 従って、上記した位相変調器が第1の角周波数の。
で励振されると、受光素子の出力は、上記010式のよ
うになる。そして、その出力S(Δθ)からn=1すな
わちω。及び2ω力成分のみを取り出すと、となる。従
って、第1の同期検波器によりωゆで同期検波したとき
のDC成分は、 E、ELJ、(ξ)sinΔθ (19)と
なり、また、第2の同期検波器により2ω、で同期検波
したときのDC成分は、 E、E、J2(ξ) cosΔθ (20)
となる。ここで、J、(ξ)=J2(ξ)となるように
ξを選び、上記した第1及び第2の変調器により(19
)式、(20)式の成分で互いに90°位相をずらせた
角周波数ω1のキャリアを変調し、更に、加算器により
その和をとると、 ErELJI(ξ) (sinΔθcos ct、+
、 t+cosΔθ・sinω+t)= E、E、J、
(ξ) ・5in(ω、t+Δθ)−・(21)となる
。従って、上記した位相比較器により式(21)を基準
位相と比較することにより、Δθを求めることができる
。すなわち、Δθすなわちサニヤック位相差に比例した
出力が得られる。
うになる。そして、その出力S(Δθ)からn=1すな
わちω。及び2ω力成分のみを取り出すと、となる。従
って、第1の同期検波器によりωゆで同期検波したとき
のDC成分は、 E、ELJ、(ξ)sinΔθ (19)と
なり、また、第2の同期検波器により2ω、で同期検波
したときのDC成分は、 E、E、J2(ξ) cosΔθ (20)
となる。ここで、J、(ξ)=J2(ξ)となるように
ξを選び、上記した第1及び第2の変調器により(19
)式、(20)式の成分で互いに90°位相をずらせた
角周波数ω1のキャリアを変調し、更に、加算器により
その和をとると、 ErELJI(ξ) (sinΔθcos ct、+
、 t+cosΔθ・sinω+t)= E、E、J、
(ξ) ・5in(ω、t+Δθ)−・(21)となる
。従って、上記した位相比較器により式(21)を基準
位相と比較することにより、Δθを求めることができる
。すなわち、Δθすなわちサニヤック位相差に比例した
出力が得られる。
実施例
以下添付図面を参照して本発明による光ファイパセンサ
の実施例を説明する。
の実施例を説明する。
第1図は、本発明を実施した位相変調方式光ファイバジ
ャイロの1実施例の構成を示した図である。この位相変
調方式光ファイバジャイロは、光ファイバジャイロの基
本的条件を備えた最小構成を成している。なお、最小構
成については、イゼキールエス、及びアーディティ エ
イチ、ジエー。
ャイロの1実施例の構成を示した図である。この位相変
調方式光ファイバジャイロは、光ファイバジャイロの基
本的条件を備えた最小構成を成している。なお、最小構
成については、イゼキールエス、及びアーディティ エ
イチ、ジエー。
r光ファイバ回転センサ」スプリンガーーフェアラーク
ベノL、す7 (Ezekil S、and 八rd
itty H6J。
ベノL、す7 (Ezekil S、and 八rd
itty H6J。
”Fiber 0ptic Rotation 5en
sors”、Springer−VerlagBerl
in、) 1982に詳しい説明がある。
sors”、Springer−VerlagBerl
in、) 1982に詳しい説明がある。
図示の位相変調方式光ファイバジャイロにおいては、発
光素子32のような光源が設けられ、電源(不図示)に
より駆動されて、光ビームを発生する。なお、光源とし
ては、He −Neレーザ、半導体レーザ、スーパール
ミネッセントダイオードなどが使用できる。その発光素
子32が発生する光ビームは、直列に並んだハーフミラ
−のようなビームスプリッタ34.36に送られる。ビ
ームスプリッタ34は、光を受光素子38に分岐するた
めのものであり、また、ビームスプリッタ36は、光源
32からの光を2つに分岐して、光ファイバ40の両端
に結合する。
光素子32のような光源が設けられ、電源(不図示)に
より駆動されて、光ビームを発生する。なお、光源とし
ては、He −Neレーザ、半導体レーザ、スーパール
ミネッセントダイオードなどが使用できる。その発光素
子32が発生する光ビームは、直列に並んだハーフミラ
−のようなビームスプリッタ34.36に送られる。ビ
ームスプリッタ34は、光を受光素子38に分岐するた
めのものであり、また、ビームスプリッタ36は、光源
32からの光を2つに分岐して、光ファイバ40の両端
に結合する。
光ファイバ40は、光フアイバセンサを構成するように
、多数回コイル状に巻かれてセンサコイル42と、位相
変調器44に結合された部分とからなっている。
、多数回コイル状に巻かれてセンサコイル42と、位相
変調器44に結合された部分とからなっている。
位相変調器44は、例えば、圧電振動素子で構成され、
位相変調用の交流励振電源46に接続され、角周波数ω
、の正弦波の交流で駆動されるようになされている。こ
の場合は、光ファイバ40は、例えば圧電振動素子44
に巻き付けられる。
位相変調用の交流励振電源46に接続され、角周波数ω
、の正弦波の交流で駆動されるようになされている。こ
の場合は、光ファイバ40は、例えば圧電振動素子44
に巻き付けられる。
光ファイバ40を右回りと左回りとに伝搬した光ビーム
は、光ファイバ40の両端から出力されて、ビームスプ
リッタ36によりまとめられ、ビームスプリッタ34を
介して、受光素子38に入射する。
は、光ファイバ40の両端から出力されて、ビームスプ
リッタ36によりまとめられ、ビームスプリッタ34を
介して、受光素子38に入射する。
その受光素子38の電気出力は、角周波数ω、及び2ω
、の成分を通過するバンドパスフィルタ48を介して2
つの同期検波器50.520入力に接続されている。一
方の同期検波器50は、上述した圧電振動素子44と同
様に、位相変調用の交流励振電源=$6に接続され、角
周波数ω1の交流を受けるようになされている。そして
、他方の同期検波器52は、位相変調用の交流励振電源
46の出力を受けるに2倍の周波数逓倍器54に接続さ
れ、角周波数2ω0の交流を受けるようになされている
。
、の成分を通過するバンドパスフィルタ48を介して2
つの同期検波器50.520入力に接続されている。一
方の同期検波器50は、上述した圧電振動素子44と同
様に、位相変調用の交流励振電源=$6に接続され、角
周波数ω1の交流を受けるようになされている。そして
、他方の同期検波器52は、位相変調用の交流励振電源
46の出力を受けるに2倍の周波数逓倍器54に接続さ
れ、角周波数2ω0の交流を受けるようになされている
。
それら同期検波器50.52の出力は、それぞれ変調器
56及び58に入力される。それら変調器の一方の変調
器56は、発振器60から90°移相器62を介して角
周波数ω1の正弦波キャリア信号を受けて、同期検波器
50からの入力信号で変調する。また、他方の変調器5
8は、発振器60の出力をそのまま受けて、同期検波器
52からの入力信号で角周波数ω。
56及び58に入力される。それら変調器の一方の変調
器56は、発振器60から90°移相器62を介して角
周波数ω1の正弦波キャリア信号を受けて、同期検波器
50からの入力信号で変調する。また、他方の変調器5
8は、発振器60の出力をそのまま受けて、同期検波器
52からの入力信号で角周波数ω。
のキャリアを変調する。
そして、それら変調器5G及び58の出力は、アナログ
加算器64に入力され、その出力は、位相比較器6Gに
入力される。その位相比較器66は、発振器60から角
周波数の1を受けて入力と比較して、位相差を表す信号
を出力する。
加算器64に入力され、その出力は、位相比較器6Gに
入力される。その位相比較器66は、発振器60から角
周波数の1を受けて入力と比較して、位相差を表す信号
を出力する。
以上のように構成される位相変調方式光ファイバジャイ
ロは、次のように動作する。
ロは、次のように動作する。
電源により駆動される発光素子32からの光ビームは、
ビームスプリッタ34を通過してビームスプリッタ36
で2つに分岐され光ファイバ40の両端に結合される。
ビームスプリッタ34を通過してビームスプリッタ36
で2つに分岐され光ファイバ40の両端に結合される。
光ファイバ40に入力された光ビームは、回転を受けて
いるセンサコイル42の部分で位相差ができ、また、交
流励振電源46からの角周波数ω□の正弦波交流で駆動
される圧電振動素子46に結合された部分において位相
変調される。
いるセンサコイル42の部分で位相差ができ、また、交
流励振電源46からの角周波数ω□の正弦波交流で駆動
される圧電振動素子46に結合された部分において位相
変調される。
そのように光ファイバ40において位相差ができ且つ位
相変調された右回り光ビームと左回り光ビームは、光フ
ァイバ40の両端から出力されて、ビームスプリッタ3
6により合成され、更に、ビームスプリッタ34を介し
て受光素子3Bに入射する。
相変調された右回り光ビームと左回り光ビームは、光フ
ァイバ40の両端から出力されて、ビームスプリッタ3
6により合成され、更に、ビームスプリッタ34を介し
て受光素子3Bに入射する。
その受光素子38の出力は、バントパスフィルタ48で
濾波されての、及び2ω、の成分が出力され、更に、同
期検波器50及び52においてω、及び2ω1でそれぞ
れ同期検波され、上記した(19)式及び(20)式で
表される出力すなわちsinΔθ及びcos△θの成分
がそれぞれ変調器56及び58に出力される。
濾波されての、及び2ω、の成分が出力され、更に、同
期検波器50及び52においてω、及び2ω1でそれぞ
れ同期検波され、上記した(19)式及び(20)式で
表される出力すなわちsinΔθ及びcos△θの成分
がそれぞれ変調器56及び58に出力される。
変調器56は、入力sinΔθ成分で、発振器60から
移相器62を介して90°移相されて送られる角周波数
ω1のキャリアを変調して、cosω、t−5inΔθ
成分の信号を出力する。また、変調器58は、入力co
sΔθ成分で、発振器60から送られる角周波数ωlの
キャリアを変調して、sinω、t−cosΔθ成分の
信号を出力する。
移相器62を介して90°移相されて送られる角周波数
ω1のキャリアを変調して、cosω、t−5inΔθ
成分の信号を出力する。また、変調器58は、入力co
sΔθ成分で、発振器60から送られる角周波数ωlの
キャリアを変調して、sinω、t−cosΔθ成分の
信号を出力する。
それら変調器56.5Bの出力を受ける加算器64は、
入力信号を加算して、上記した(21)式の演算を実施
し、5in(ω1を十Δθ)の成分の信号を出力する。
入力信号を加算して、上記した(21)式の演算を実施
し、5in(ω1を十Δθ)の成分の信号を出力する。
そして、その出力を受ける位相比較器66は、発振器6
0から角周波数ω1を受けて、その角周波数ω1を基準
位相として5in(ω、t+Δθ)を比較し、Δθを出
力する。
0から角周波数ω1を受けて、その角周波数ω1を基準
位相として5in(ω、t+Δθ)を比較し、Δθを出
力する。
従って、Δθの形で出力を得ることができるので、Δθ
をsinΔθに近似することなく、そのまま求めること
ができる。従って、ダイナミックレンジは、Δθをsi
nΔθに近似できる範囲に限定されず、広い範囲を持つ
ことができる。
をsinΔθに近似することなく、そのまま求めること
ができる。従って、ダイナミックレンジは、Δθをsi
nΔθに近似できる範囲に限定されず、広い範囲を持つ
ことができる。
発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明による光ファイ
バジャイロは、ΔθをsinΔθに近似することなく、
そのまま求めることができるので、ΔθがsinΔθに
近似できる範囲に制限させることなく、広いダイナミッ
クレンジを有する。従って、本発明による光ファイバは
、広い範囲にわたって活用することができる。
バジャイロは、ΔθをsinΔθに近似することなく、
そのまま求めることができるので、ΔθがsinΔθに
近似できる範囲に制限させることなく、広いダイナミッ
クレンジを有する。従って、本発明による光ファイバは
、広い範囲にわたって活用することができる。
第1図は、本発明を実施した位相変調方式光ファイバジ
ャイロの光学系構成図であり、第2図は、光ファイバジ
ャイロの原理を説明する基本構成図であり、 第3図は、位相変調方式光ファイバジャイロの原理を説
明する基本構成図である。 〔主な参照番号〕 10・・発光素子 12 ・・ビームスプリッタ14
.16・・結合レンズ 18・・光ファイバ20・・
センサコイル 22・・位相変調素子26・・受光素
子 30・・位相変調器32・・光源 34
.36・・ビームスプリッタ38・・受光素子
40・・光ファイバ42・・センサコイル 44・・
圧電振動素子46・・正弦波交流励振電源 48・・バンドパスフィルタ 50.52・・同期検波器 54・・周波数逓倍器56
.58・・変調器 60・・発振器62・・移相器
64・・加算器6G・・位相比較器
ャイロの光学系構成図であり、第2図は、光ファイバジ
ャイロの原理を説明する基本構成図であり、 第3図は、位相変調方式光ファイバジャイロの原理を説
明する基本構成図である。 〔主な参照番号〕 10・・発光素子 12 ・・ビームスプリッタ14
.16・・結合レンズ 18・・光ファイバ20・・
センサコイル 22・・位相変調素子26・・受光素
子 30・・位相変調器32・・光源 34
.36・・ビームスプリッタ38・・受光素子
40・・光ファイバ42・・センサコイル 44・・
圧電振動素子46・・正弦波交流励振電源 48・・バンドパスフィルタ 50.52・・同期検波器 54・・周波数逓倍器56
.58・・変調器 60・・発振器62・・移相器
64・・加算器6G・・位相比較器
Claims (4)
- (1)発光素子と、多数回コイル状に巻回されたセンサ
コイル部分を含み且つ前記発光素子からの光が分岐され
て両端に結合され該センサコイルを両方向に伝搬した光
を両端から出力する光ファイバと、該光ファイバを伝搬
した両回り光を受ける受光素子とを具備し、前記センサ
コイルが回転したときに生ずる両回り光間の位相差から
回転角速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、前
記センサコイルの一端付近に設けた位相変調器と、該位
相変調器を第1の角周波数で励振する第1の発振器と、
前記受光素子の出力を受けて前記第1角周波数と同じ周
波数成分及びその2倍の周波数成分を取り出す第1及び
第2の同期検波器と、それら第1及び第2の同期検波器
の出力をそれぞれ受けて互いに90°位相の異なる第2
の角周波数の信号を振幅変調する第1及び第2の変調器
と、それら第1及び第2の変調器の出力を加算する加算
器と、該加算器の出力を前記第2の角周波数を基準位相
として比較して、回転角速度に比例する右回り光と左回
り光の間の位相差を出力する位相比較器とを具備してい
ることを特徴とする光ファイバジャイロ。 - (2)前記第1及び第2の角周波数は、正弦波であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の光ファ
イバジャイロ。 - (3)前記第1の同期検波器は、前記第1の発振器の出
力を受けて前記受光素子の出力を同期検波し、前記第2
の同期検波器は、前記第1の発振器の出力を2倍の周波
数逓倍器を介して受けて前記受光素子の出力を同期検波
することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または
第(2)項記載の光ファイバジャイロ。 - (4)前記受光素子の出力は、前記第1角周波数と同じ
周波数成分及びその2倍の周波数成分とを通過するバン
ドパスフィルタを介して、前記第1及び第2の同期検波
器に入力されることを特徴とする特許請求の範囲第(1
)項から第(3)項までのいずれか1項に記載の光ファ
イバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22031985A JPS6280512A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22031985A JPS6280512A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6280512A true JPS6280512A (ja) | 1987-04-14 |
| JPH0352005B2 JPH0352005B2 (ja) | 1991-08-08 |
Family
ID=16749276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22031985A Granted JPS6280512A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6280512A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5189487A (en) * | 1991-11-21 | 1993-02-23 | Litton Systems, Inc. | Multioscillator ring laser gyroscope local oscillator-based output optics detection system |
| US5202747A (en) * | 1991-07-26 | 1993-04-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic gyroscope with wide dynamic range analog phase tracker |
| US5455676A (en) * | 1993-02-24 | 1995-10-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of detecting a signal and modulation coefficient of a phase-modulated fiber-optic gyroscope based on a difference in the duration of multiple subwaves in a modulation period |
-
1985
- 1985-10-04 JP JP22031985A patent/JPS6280512A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5202747A (en) * | 1991-07-26 | 1993-04-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic gyroscope with wide dynamic range analog phase tracker |
| US5189487A (en) * | 1991-11-21 | 1993-02-23 | Litton Systems, Inc. | Multioscillator ring laser gyroscope local oscillator-based output optics detection system |
| US5455676A (en) * | 1993-02-24 | 1995-10-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of detecting a signal and modulation coefficient of a phase-modulated fiber-optic gyroscope based on a difference in the duration of multiple subwaves in a modulation period |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0352005B2 (ja) | 1991-08-08 |
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| Reza Nasiri Avanaki et al. | Evaluation to digital filtering to obtain Sagnac shift in open loop‐IFOG | |
| JPS62239012A (ja) | 光フアイバジヤイロ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |