JPS6340810A - 光フアイバ回転センサ - Google Patents
光フアイバ回転センサInfo
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- JPS6340810A JPS6340810A JP61185723A JP18572386A JPS6340810A JP S6340810 A JPS6340810 A JP S6340810A JP 61185723 A JP61185723 A JP 61185723A JP 18572386 A JP18572386 A JP 18572386A JP S6340810 A JPS6340810 A JP S6340810A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- light
- loop
- right directions
- clockwise
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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
- G01C19/727—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 using a passive ring resonator
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光ファイバリング共振器を用いて回転角速度
を測定する装置に関するものである。
を測定する装置に関するものである。
第４図は、例えば「オプティクス・レターズ８巻１２号
６４４頁〜６４６頁、 １９８３Ｊ （ＯＰＴＩＣ３
ＬＥＴＴＥＲ３Ｖｏ１．８． Ｎｏ、１２． ｐｐ、６
４４〜６４６．１９８３）に示された従来の光ファイバ
回転センサの構成図である。
６４４頁〜６４６頁、 １９８３Ｊ （ＯＰＴＩＣ３
ＬＥＴＴＥＲ３Ｖｏ１．８． Ｎｏ、１２． ｐｐ、６
４４〜６４６．１９８３）に示された従来の光ファイバ
回転センサの構成図である。
第４図において、１は高コヒーレントな光を出射するレ
ーザ、２ａ、２ｂ、２ｃはビームスプリッタ、３ａ、３
ｂは超音波光変調器、４ａ、４ｂは光検出器、５ａ、５
ｂはＶ ＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔ−ｒｏｌｌｅ
ｄ ０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、５ａ、５ｂはレンズ、７
ａ、７ｂは位相変調器、８は光ファイバカップラ、９は
単一モード光ファイバ、１０は偏光面コントローラ、Ｌ
は単一モード光ファイバループ、Ｃａ、Ｃｂは制御器、
Ｒａ、Ｒｂはロックインアンプである。
ーザ、２ａ、２ｂ、２ｃはビームスプリッタ、３ａ、３
ｂは超音波光変調器、４ａ、４ｂは光検出器、５ａ、５
ｂはＶ ＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔ−ｒｏｌｌｅ
ｄ ０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、５ａ、５ｂはレンズ、７
ａ、７ｂは位相変調器、８は光ファイバカップラ、９は
単一モード光ファイバ、１０は偏光面コントローラ、Ｌ
は単一モード光ファイバループ、Ｃａ、Ｃｂは制御器、
Ｒａ、Ｒｂはロックインアンプである。
次に動作について説明する。これはリング共振方式の光
ファイバ回転センサであり、光ファイバループＬ内を伝
搬する光の共振特性を利用したものである。レーザ１か
らの光はビームスプリフタ２ａで二分され、一方は超音
波光変調器３ａ、ビームスプリンタ２ｂ、 レンズ６
ａを介して光ファイバ９に入射し、光ファイバカップラ
８を経て光ファイバループＬ内を左回りに伝搬する。他
方の光も同様に光ファイバループＬを右回りに伝搬する
。
ファイバ回転センサであり、光ファイバループＬ内を伝
搬する光の共振特性を利用したものである。レーザ１か
らの光はビームスプリフタ２ａで二分され、一方は超音
波光変調器３ａ、ビームスプリンタ２ｂ、 レンズ６
ａを介して光ファイバ９に入射し、光ファイバカップラ
８を経て光ファイバループＬ内を左回りに伝搬する。他
方の光も同様に光ファイバループＬを右回りに伝搬する
。
超音波光変調器３ａは光ファイバループＬを左方向に伝
搬する光の周波数をｆｌだけ変化させるために用いてい
る。位相変調器７ａは円筒状の圧電素子に光ファイバを
数回巻きつけたものであり、電圧をかけると光ファイバ
が伸縮することを利用して、光ファイバループＬ内を伝
搬する光の位相を変調するものである。
搬する光の周波数をｆｌだけ変化させるために用いてい
る。位相変調器７ａは円筒状の圧電素子に光ファイバを
数回巻きつけたものであり、電圧をかけると光ファイバ
が伸縮することを利用して、光ファイバループＬ内を伝
搬する光の位相を変調するものである。
この位相変調器７ａを（ｍなる周波数の信号で駆動し、
光ファイバループＬ内を左方向に多重回伝搬した光を光
検出器４ａで受光し電気信号に変換する。この信号をロ
ックインアンプＲａに導き、位相変調器７ａの駆動信号
に同期させて検出する。
光ファイバループＬ内を左方向に多重回伝搬した光を光
検出器４ａで受光し電気信号に変換する。この信号をロ
ックインアンプＲａに導き、位相変調器７ａの駆動信号
に同期させて検出する。
その後、ロックインアンプＲａ出力が常にゼロになるよ
うに、制御器ｃｂを介して、位相変調器７ａにフィード
バックする。こうすることにより、左回り光に関しては
、光ファイバループＬの’ｌＬ 度が変化したり系全体
が回転したりしても、常に共振点は一定に保たれる。一
方、右回りに関しては、光ファイバループＬの温度変化
による共振点の変動は左回り光と同じように除去される
が、回転に対しては共振点の変動が生ずる。
うに、制御器ｃｂを介して、位相変調器７ａにフィード
バックする。こうすることにより、左回り光に関しては
、光ファイバループＬの’ｌＬ 度が変化したり系全体
が回転したりしても、常に共振点は一定に保たれる。一
方、右回りに関しては、光ファイバループＬの温度変化
による共振点の変動は左回り光と同じように除去される
が、回転に対しては共振点の変動が生ずる。
右回り光は光検出器４ｂで電気信号に変換される。この
信号をロックインアンプＲｂで検出し、常にロックイン
アンプＲｂの出力がゼロになるように、制御器Ｃａ、Ｖ
ＣＯ５ｂを介して、超音波光変調器３ｂの駆動周波数に
フィードバックする。
信号をロックインアンプＲｂで検出し、常にロックイン
アンプＲｂの出力がゼロになるように、制御器Ｃａ、Ｖ
ＣＯ５ｂを介して、超音波光変調器３ｂの駆動周波数に
フィードバックする。
右回り光の周波数を１２だけ変化させるわけであるが、
ｆ２だけ変化させることにより光ファイバループＬ内を
右方向に伝搬する光の位相が変化し共振点が変動するこ
とになる。すなわち、ロックインアンプＲｂ出力がゼロ
となるようにｆ２を制御するわけである。従って、回転
角速度は、このｆ２の変化量から検出できることになる
。
ｆ２だけ変化させることにより光ファイバループＬ内を
右方向に伝搬する光の位相が変化し共振点が変動するこ
とになる。すなわち、ロックインアンプＲｂ出力がゼロ
となるようにｆ２を制御するわけである。従って、回転
角速度は、このｆ２の変化量から検出できることになる
。
従来の光ファイバ回転センサは以上のように個別部品を
多数用いて構成されているため、小型化が不可能であり
、また非常に複雑であるという欠点があった。
多数用いて構成されているため、小型化が不可能であり
、また非常に複雑であるという欠点があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、部品点数が少なく小型化が達成
できる光ファイバ回転センサを得ることにある。
の目的とするところは、部品点数が少なく小型化が達成
できる光ファイバ回転センサを得ることにある。
このような目的を達成するために本発明は、高コヒーレ
ントな光を出射する光源と、この光源からの出射光を導
（ための第１の光ファイバと、第１の光ファイバの伝搬
光が第１の光ファイバカップラにより左右両方向に導か
れる光ファイバループと１、この光ファイバループ内を
左右両方向に多重回伝搬した光が第２の光ファイバカッ
プラにより取り出される第２の光ファイバと、この第２
の光ファイバ内の左右両方向への伝搬光を混合するため
の第３の光ファイバカップラと、光ファイバループ内に
構成された位相変調器とをセ゛・すに設けるようにした
ものである。
ントな光を出射する光源と、この光源からの出射光を導
（ための第１の光ファイバと、第１の光ファイバの伝搬
光が第１の光ファイバカップラにより左右両方向に導か
れる光ファイバループと１、この光ファイバループ内を
左右両方向に多重回伝搬した光が第２の光ファイバカッ
プラにより取り出される第２の光ファイバと、この第２
の光ファイバ内の左右両方向への伝搬光を混合するため
の第３の光ファイバカップラと、光ファイバループ内に
構成された位相変調器とをセ゛・すに設けるようにした
ものである。
また、高コヒーレントな光を出射する光源と、この光源
からの出射光を二分して光ファイバへ導くと共に光ファ
イバループから取り出された左右両方向への伝搬光を混
合するための第１の光ファイバカ・ノブラと、光ファイ
バの伝搬光を光ファイバループ内へ左右両方向に導くと
共に光ファイバループ内を左右両方向に多重回伝搬した
光を外部へ取り出すための第２の光ファイバカップラと
、光ファイバループ内に構成された位相変調器とをセン
サに設けるようにしたものである。
からの出射光を二分して光ファイバへ導くと共に光ファ
イバループから取り出された左右両方向への伝搬光を混
合するための第１の光ファイバカ・ノブラと、光ファイ
バの伝搬光を光ファイバループ内へ左右両方向に導くと
共に光ファイバループ内を左右両方向に多重回伝搬した
光を外部へ取り出すための第２の光ファイバカップラと
、光ファイバループ内に構成された位相変調器とをセン
サに設けるようにしたものである。
本発明においては、光ファイバリング共振器の左右両回
り光をひとつの光検出器で検出し、共振ピークの回転に
よる分離の度合より回転角速度を検出する。
り光をひとつの光検出器で検出し、共振ピークの回転に
よる分離の度合より回転角速度を検出する。
（実施例〕
本発明に係わる光ファイバ回転センサの一実施例を第１
図に示す。第１図において、１１は高コヒーレンス半導
体レーザ、１２ａ、１２ｂ、１２Ｃは第１．第２．第３
の光ファイバカップラ、１３ａ、１３ｂは第１．第２の
単一モード光ファイバ、１４は光検出器、１５は信号発
生器、１６は位相変調器、１７は単一モード光ファイバ
ループ、１８は信号処理器である。
図に示す。第１図において、１１は高コヒーレンス半導
体レーザ、１２ａ、１２ｂ、１２Ｃは第１．第２．第３
の光ファイバカップラ、１３ａ、１３ｂは第１．第２の
単一モード光ファイバ、１４は光検出器、１５は信号発
生器、１６は位相変調器、１７は単一モード光ファイバ
ループ、１８は信号処理器である。
次に、第１図の装置の動作について第１図、第２図を用
いて説明する。第２図は第１図のセンサの動作を説明す
るための波形図である。第１図において、高コヒーレン
ス半導体レーザ１１からの光は光ファイバ１３ａに結合
され、光ファイバカップラ１２ａにより単一モード光フ
ァイバループ１７内を左右両方向に伝搬する。単一モー
ド光ファイバループ１７はリング共振器を構成しており
、これに導かれた光はこの共振器内を多重回伝搬し、こ
の多重回伝搬した光は光ファイバカップラ１２ｂにより
光ファイバループ１７の外へ導かれ、光ファイバカップ
ラ１２ｃにより左右両方向に伝搬した光が混合され、光
検出器１４で電気信号に変換される。
いて説明する。第２図は第１図のセンサの動作を説明す
るための波形図である。第１図において、高コヒーレン
ス半導体レーザ１１からの光は光ファイバ１３ａに結合
され、光ファイバカップラ１２ａにより単一モード光フ
ァイバループ１７内を左右両方向に伝搬する。単一モー
ド光ファイバループ１７はリング共振器を構成しており
、これに導かれた光はこの共振器内を多重回伝搬し、こ
の多重回伝搬した光は光ファイバカップラ１２ｂにより
光ファイバループ１７の外へ導かれ、光ファイバカップ
ラ１２ｃにより左右両方向に伝搬した光が混合され、光
検出器１４で電気信号に変換される。
光ファイバループ１７内を多重回伝搬した光はその位相
がすべてそろった時に鋭い共振を呈する。
がすべてそろった時に鋭い共振を呈する。
従って、光ファイバループ１７内に位相変調器１６を設
けこれを三角波で駆動すれば、光ファイバループ１，７
内伝搬光の位相が変化し、光検出器出力には鋭い共振が
観測される。位相変調器１６としては、例えば円筒状の
圧電素子に光ファイバを巻きつけたものがある。この場
合、信号電圧を印加すれば、圧電素子の伸び縮みに応じ
て光ファイバが伸縮し、光の位相が変化する。第１図で
は、光ファイバループ１７内を左右両方向に多重回伝搬
した光を混合して光検出器１４へ導いているため、光検
出器１４の出力には左回り、右回り両光の共振が現れる
。
けこれを三角波で駆動すれば、光ファイバループ１，７
内伝搬光の位相が変化し、光検出器出力には鋭い共振が
観測される。位相変調器１６としては、例えば円筒状の
圧電素子に光ファイバを巻きつけたものがある。この場
合、信号電圧を印加すれば、圧電素子の伸び縮みに応じ
て光ファイバが伸縮し、光の位相が変化する。第１図で
は、光ファイバループ１７内を左右両方向に多重回伝搬
した光を混合して光検出器１４へ導いているため、光検
出器１４の出力には左回り、右回り両光の共振が現れる
。
第２図はこの様子を示したものである。系が静止してい
る時は、左右両回り光とも同様な共振を呈するため、第
２図（ａ）に示すように、共振ピークは重なって観測さ
れるが、系が回転すると、サグナック（Ｓａｇｎａｃ）
効果により、光ファイバループ１７内を右回り、左回り
に伝搬する２つの光の間に位相差が生じ、共振状態が変
化する。従って、右回りの場合は第２図（ｂｌに示すよ
うに、また、左回りの場合は第２図（Ｃ）に示すように
、共振ピークが分離してくる。分離した２つのピークの
高さが異なるのは、光ファイバループ１７内へ右回り。
る時は、左右両回り光とも同様な共振を呈するため、第
２図（ａ）に示すように、共振ピークは重なって観測さ
れるが、系が回転すると、サグナック（Ｓａｇｎａｃ）
効果により、光ファイバループ１７内を右回り、左回り
に伝搬する２つの光の間に位相差が生じ、共振状態が変
化する。従って、右回りの場合は第２図（ｂｌに示すよ
うに、また、左回りの場合は第２図（Ｃ）に示すように
、共振ピークが分離してくる。分離した２つのピークの
高さが異なるのは、光ファイバループ１７内へ右回り。
左回り両方向に入射する光強度が異なるようにしている
ためである。回転の方向は、第２図（ｂ）、 （Ｃ１に
示すように、回転方向によって共振ピーク分離の方向が
異なることにより識別できる。また、回転角速度は共振
ピークの分離間隔から求めることができる。この光ファ
イバ回転センサに使用する光ファイバとしては、偏波面
保存光ファイバを使用する。
ためである。回転の方向は、第２図（ｂ）、 （Ｃ１に
示すように、回転方向によって共振ピーク分離の方向が
異なることにより識別できる。また、回転角速度は共振
ピークの分離間隔から求めることができる。この光ファ
イバ回転センサに使用する光ファイバとしては、偏波面
保存光ファイバを使用する。
上記実施例では、高コヒーレンス半導体レーザ１１の両
端面から出射する光を光ファイバ１３ａに結９合してい
るが、第３図に示すように、１端面からの出射光を使用
し、第１の光ファイバカップラ１２ｄによって２つに分
離して光ファイバ１３Ｃへ入射してもよい。また、光フ
ァイバループ１７内を伝搬した光を外部へ取り出すため
、第１図においては光ファイバカップラ１２ｂを使用し
ているが、第３図に示すように、光ファイバループ１７
へ左右両方向に光を導くための第２の光ファイバカップ
ラ１２ａを光を取り出すために兼用してもよい。こうす
れば、光ファイバカップラ１２ｄによって左右両回りの
光の混合も同時に行なうことができる。なお、第３図に
おいて第１図と同一部分又は相当部分には同一符号が付
しである。
端面から出射する光を光ファイバ１３ａに結９合してい
るが、第３図に示すように、１端面からの出射光を使用
し、第１の光ファイバカップラ１２ｄによって２つに分
離して光ファイバ１３Ｃへ入射してもよい。また、光フ
ァイバループ１７内を伝搬した光を外部へ取り出すため
、第１図においては光ファイバカップラ１２ｂを使用し
ているが、第３図に示すように、光ファイバループ１７
へ左右両方向に光を導くための第２の光ファイバカップ
ラ１２ａを光を取り出すために兼用してもよい。こうす
れば、光ファイバカップラ１２ｄによって左右両回りの
光の混合も同時に行なうことができる。なお、第３図に
おいて第１図と同一部分又は相当部分には同一符号が付
しである。
以上説明したように本発明は、光ファイバループ内を左
右両方向に伝搬する光を混合し、左右両回りの光の共振
ピークの変化量により回転検出を行なうようにしたので
、構成が簡単であり、系の小型化を実現できる効果があ
る。
右両方向に伝搬する光を混合し、左右両回りの光の共振
ピークの変化量により回転検出を行なうようにしたので
、構成が簡単であり、系の小型化を実現できる効果があ
る。
第１図は本発明に係わる光ファイバ回転センサの一実施
例を示す構成図、第２図は第１図のセンサの動作を説明
するための波形図、第３図は本発明の他の実施例を示す
構成図、第４図は従来の光ファイバ回転センサを示す構
成図である。 １１・・・高コヒーレンス半導体レーザ、１２ａ〜１２
Ｃ・・・光ファイバカップラ、１３ａ、１３ｂ・・・単
一モード光ファイバ、１４・・・光検出器、１５・・・
信号発生器、１６・・・位相制御器、１７・・・単一モ
ード光ファイバループ、１８・・・信号処理器。
例を示す構成図、第２図は第１図のセンサの動作を説明
するための波形図、第３図は本発明の他の実施例を示す
構成図、第４図は従来の光ファイバ回転センサを示す構
成図である。 １１・・・高コヒーレンス半導体レーザ、１２ａ〜１２
Ｃ・・・光ファイバカップラ、１３ａ、１３ｂ・・・単
一モード光ファイバ、１４・・・光検出器、１５・・・
信号発生器、１６・・・位相制御器、１７・・・単一モ
ード光ファイバループ、１８・・・信号処理器。
Claims (3)
- （１）高コヒーレントな光を出射する光源と、この光源
からの出射光を導くための第１の光ファイバと、第１の
光ファイバの伝搬光が第１の光ファイバカップラにより
左右両方向に導かれる光ファイバループと、この光ファ
イバループ内を左右両方向に多重回伝搬した光が第２の
光ファイバカップラにより取り出される第２の光ファイ
バと、この第２の光ファイバ内の左右両方向への伝搬光
を混合するための第３の光ファイバカップラと、前記光
ファイバループ内に構成された位相変調器とを備え、左
右両回りの光の共振ピークの変化量により回転検出を行
なうことを特徴とする光ファイバ回転センサ。 - （２）光ファイバループ内を左右両方向に伝搬する光は
、強度が互いに異な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回転センサ。 - （３）高コヒーレントな光を出射する光源と、この光源
からの出射光を二分して光ファイバへ導くと共に光ファ
イバループから取り出された左右両方向への伝搬光を混
合するための第１の光ファイバカップラと、前記光ファ
イバの伝搬光を前記光ファイバループ内へ左右両方向に
導くと共に前記光ファイバループ内を左右両方向に多重
回伝搬した光を外部へ取り出すための第２の光ファイバ
カップラと、前記光ファイバループ内に構成された位相
変調器とを備え、左右両回りの光の共振ピークの変化量
により回転検出を行なうことを特徴とする光ファイバ回
転センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61185723A JPS6340810A (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | 光フアイバ回転センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61185723A JPS6340810A (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | 光フアイバ回転センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6340810A true JPS6340810A (ja) | 1988-02-22 |
Family
ID=16175730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61185723A Pending JPS6340810A (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | 光フアイバ回転センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6340810A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5137356A (en) * | 1989-04-19 | 1992-08-11 | British Aerospace Public Limited Company | Fiber optic resonator interferometer gyroscope having a resonator loop formed of two coupled lengths of optical fiber |
| US7693369B2 (en) * | 2006-04-07 | 2010-04-06 | The Curators Of The University Of Missouri | Hollow core optical ring resonator sensor, sensing methods, and methods of fabrication |
-
1986
- 1986-08-06 JP JP61185723A patent/JPS6340810A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5137356A (en) * | 1989-04-19 | 1992-08-11 | British Aerospace Public Limited Company | Fiber optic resonator interferometer gyroscope having a resonator loop formed of two coupled lengths of optical fiber |
| US7693369B2 (en) * | 2006-04-07 | 2010-04-06 | The Curators Of The University Of Missouri | Hollow core optical ring resonator sensor, sensing methods, and methods of fabrication |
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