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JPS6348284B2 - - Google Patents
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JPS6348284B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6348284B2
JPS6348284B2 JP57169518A JP16951882A JPS6348284B2 JP S6348284 B2 JPS6348284 B2 JP S6348284B2 JP 57169518 A JP57169518 A JP 57169518A JP 16951882 A JP16951882 A JP 16951882A JP S6348284 B2 JPS6348284 B2 JP S6348284B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
half mirror
fiber coil
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57169518A
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English (en)
Other versions
JPS5960212A (ja
Inventor
Shigefumi Masuda
Akira Okamoto
Takeo Iwama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to EP83305763A priority patent/EP0107373B1/en
Publication of JPS5960212A publication Critical patent/JPS5960212A/ja
Publication of JPS6348284B2 publication Critical patent/JPS6348284B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は高方向性光分岐結合器および偏波保存
フアイバコイルを用いた光フアイバ・ジヤイロシ
ステムに関するものである。
(2) 技術の背景 光フアイバ応用レーザジヤイロはその光路とし
て長尺の単一モード光フアイバを使用することに
より従来の機械式ジヤイロやリングジヤイロと比
較して極めて高感度な角速度検出が可能なため盛
んに研究されている。
第1図は光フアイバ応用レーザジヤイロの基本
構成を示すものである。レーザ光源1の光をビー
ムスプリツタ2において2分しそれぞれ逆方向か
らループ状の光フアイバ3に入射する。これらの
光は光フアイバ3を通つた後再びビームスプリツ
タ2で合波され受光素子4に入射する。このとき
光学系が光フアイバーループの中心軸の回りを回
転すると、サグナツク効果により、光フアイバを
互いに逆方向に伝播する光の間に位相差を生じ、
干渉じまが静止の状態から移動する。この移動に
より受光素子4からは正弦波状の出力が得られ、
その出力のピークを一定時間カウントする。そし
てそのカウント数から回転速度がわかりその積分
値から回転角を知ることができる。ところが、第
1図の構成では、ピークの間隔がレーザ光源1の
発振波長の変動により大きく変動するため第1図
の基本構成図では干渉じまの移動量に対するカウ
ント数が変動し、よつて測定誤差が発生する。又
光フアイバーからのレーレースキヤツタリングに
よる反射光、ハーフミラーによる反射光が受光素
子4に入射するためSNが悪い欠点があつた。
(3) 発明の目的 本発明はこれら従来技術の欠点にかんがみ信号
対雑音比のすぐれた高精度、高感度の光レーザジ
ヤイロシステムを提供することを目的とするもの
である。
(4) 発明の構成 この目的は本発明によれば光源からの光を4端
子の光方向性結合器の第1の端子に導き、ハーフ
ミラーにより2分岐して第2、第3の端子に接続
した光フアイバコイルの両端に入射し、該光フア
イバコイルを互いに逆方向に伝播し該両端から出
射した光を該ハーフミラーにより合成して、光検
知器に入射し、該光検知器出力から該光フアイバ
コイルを逆方向に伝播した光の位相差を測定する
光フアイバ・ジヤイロシステムにおいて、前記光
源の光発生時間間隔を前記光が前記光フアイバコ
イルを通過する時間よりも大とし、電歪素子の変
調タイミングを前記光源の前記光発生時間間隔と
同一、且つ前記電歪素子の変調時間を前記光源の
変調時間よりも大とし、且つ前記ハーフミラーの
位置を前記電歪素子にてλ/8移動させることに
より、該光フアイバコイルの両端に入射する光に
位相差を与え、更に該ハーフミラーにより光合成
した光を電気信号に変換した時のみ位相検波して
位相差の測定を行なう様にしたことを特徴とする
光フアイバ・ジヤイロシステムを提供することに
より達成される。
(5) 発明の実施例 以下本発明にかかる実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。
第2図は本発明にかかる光レーザジヤイロシス
テムを示すものであつて、同図において11はレ
ーザーダイオード、12はグラントムソンプリズ
ム、13は発振器、14は電歪素子、15は定偏
波フアイバ、16は位相板、17は光検知器、1
8は位相検波器である。なお電歪素子内におい
て、21a,21bは球レンズ、22a,22b
はレンズホールダー、23はハーフミラー、24
はλ/4変調をあたえる空間、25a,25bはプ ラグ、F1,F2は光フアイバを示す。
第2図のシステムにおいて、プラグ25aには
光フアイバF1と定偏波フアイバ15の一端が挿
入され、両光フアイバの端面に対向して球レンズ
21aがレンズホルダー2aによりホールドして
設けられている。又レンズホルダー22aにはハ
ーフミラー23が固定されている。プラグ25b
には光フアイバF2と定偏波フアイバ15の他端
が挿入され、両光フアイバの端面に対向して球レ
ンズ21bがレンズホルダー22bによりホール
ドして設けられている。プラグ25a,25b
は、電歪素子14に形成された貫通孔14aに挿
入され、プラグ25aが電歪素子14に接着剤2
6により固定される。
ここでレーザーダイオード11より発光される
光はグラントムソンプリズム12を通過して直線
偏波光となり、球レンズ21aにより収束されハ
ーフミラー23により2分岐され、一方はこれを
通過して球レンズ21bを通つて定偏波フアイバ
15にいたる時計方向の光CWとなり半径Rなる
光フアイバループを通つて球レンズ21aにもど
るとともに、他方はハーフミラー23により反射
して定偏波フアイバ15にいたる反時計方向の光
CCWとなる。そして時計および反時計方向の信
号は位相板16を介して移相された後光検知器1
7により検知された位相検波器18を経て出力さ
れる。
第2図のa,b,c,d,e,fの各点におけ
る信号の偏向状態をそれぞれ第3図における対応
する記号にて示す。
第3図においてaはレーザーダイオードの発光
する光、bはグラントムソンプリズム12におい
て直線偏向された光および定偏波フアイバを時計
方向に進行する光、cは定偏波フアイバを反時計
方向に進行する光で、1/4λ変調により初めに
ハーフミラーで反射して光フアイバ15に入射す
るときのハーフミラーの位置と光フアイバ15か
ら出射されてハーフミラーに反射するときのハー
フミラーの位置がλ/8ずれているためハーフミ
ラーが動かない場合に比べ往復λ/4の違いが時
計方向回りの光とλ/4位相が異なる。このため
波形cは波形bよりλ/4ずれている。dはこの
波形を加えたものであつて、光フアイバ15を1
周したときの角速度による位相差θが時計方向と
反時計方向で逆極性に働くため、一方がλ/4+θ、 他方が−θとなる。さらに位相板でλ/4ずらし
て波形eのごとくλ/2+θと−θ′となる。なお
これらの位相は相対的な位相として示している。
なおZはフアイバの長さ方向あるいは光の進行方
向を示す。なおここにおいて角度θはLを定偏波
フアイバコイルの全長、Rをその半径、Ωをフア
イバの回転角速度(ラジアン/秒)、λを光の波
長、Cを光速とすれば、 θ=2πLR・Ω/λC となる。波形fは座標系が異なりθは角速度によ
る位相差を表わし、θ=0のとき時計方向回りと
反時計方向回りの光の合成はλ/2異なるため0
になり他の位相では強められたり弱められたりし
て結局位相θに応じsinθの振幅となる。
ついで角度2θ+λ/4なる差を有する信号dは
位相板16により移相され、eに示すようにλ/
4だけ更に増幅されて光検知器17に入力され
る。第3図fは光検知器17の出力信号を示し、
この信号は位相検波器18により位相検波されて
出力される。
ここでレーザーダイオード11の出力光と電歪
素子14の変調出力と定偏波フアイバ内を伝播す
る時計方向および反時計方向の光信号のタイミン
グ関係を第4図、第5図を用いて説明する。
レーザダイオード11は変調器13の出力によ
り、第4図aに示すタイミングで駆動される。す
なわ光発生時間間隔tppcは光が光フアイバループ
15を通過する時間τcより大きくなつている。図
の例では、tppcはτcの2倍となつている。ここで
τcは次式であらわされる。
τc=L・n/C ここでLは光フアイバコイルの全長、nはコア
の屈折率、Cは光速である。一方電歪素子14は
第4図cに示すタイミングで変調され、そのタイ
ミングτnはtppcと等しくなつていて、変調時間は
レーザダイオード11の変調時間より長くなつて
いる。
この電歪素子14の変調によりプラグ25aが
移動するのでハーフミラーは、第5図に示す様に
実線の位置から点線の位置まで移動する。移動距
離はλ/8である。この移動により定偏波フアイ
バ15を反時計方向に進行する信号CCWについ
ては、ハーフミラー23での反射点がλ/8だけ
ずれる。
一方定偏波フアイバ15を時計方向に進む光
CWについては何等影響はない。
従つて、光CCWとCWとは定偏波フアイバ1
5に入射した時にλ/4の位相差が生じている。
第4図d,eはこの状態を示し、d図は光CCW
をe図は光CWを示す。そして、第4図bに示す
様に定偏波フアイバ15の両端からの光がハーフ
ミラー23により合成されて、光検知器17に入
射し、電気信号に変換され位相検波器18に入射
するタイミングで、位相検波器18へのゲートを
開き、位相検波を行なう。ここで、ハーフミラー
23で合成される光CCWは、sin(ωt+λ/4+θ) で表わされ、光CWはsin(ωt−θ)で表わされ
る。従つて光CCWと光CWを合成した光は
cosωt・sinθで表わされる。ここで、cosωtで示
される成分は非常に高周波であり、sinθで示され
る成分により変調された様になつている。従つて
sinθで示される成分を用いて角速度を求めること
になる。
第6図に本発明の他の実施例を示す。図におい
て、27はアダプタ、28はセラミツク振動子で
あり、第2図と同一部材には同一符号を付与して
いる。本実施例においては、プラグ25aにセラ
ミツク振動子28を取付け、このセラミツク振動
子28を前述のタイミングで振動させる。これに
よりプラグ25aが矢印方向に移動するので、光
CCWと光CWにλ/4の位相差を与えることが
可能となる。
第7図に本発明の更に他の実施例を示す。図中
27はアダプタ、29はセラミツク振動子、30
は結合子であり、第2図と同一部材には同一符号
を付与している。本実施例においては、アダプタ
27に貫通孔27aを設け、この貫通孔27aを
介して、セラミツク振動子29cに結合子30に
より接続されたハーフミラー23を挿入する。こ
の構成において、セラミツク振動子29を振動さ
せる。これにより、前述の如く光CCWと光CW
にλ/4の位相差を与える。
(6) 発明の効果 以上詳細に説明した様に本発明においては、特
定の時間だけ位相検波器に信号を入力するので、
レーレースキヤツタリング等による雑音の影響を
小さくできる。又システムの一部に電歪素子を設
けこれによつて光学長を時間的に変調しているの
で、sinθの波形を用いて角速度を測定でき、理論
限界に近い検出感度が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光フアイバレーザジヤイロの基本構成
図、第2図は本発明にかかる光フアイバレーザジ
ヤイロの1実施例のブロツク図、第3図は第2図
のブロツク図における各部における光の偏向状態
を示す図、第4図は第2図のブロツク図の動作を
説明するためのタイムチヤートを示す図、第5図
はハーフミラーの移動を示す図、第6図、第7図
は本発明の他の実施例を示す図である。 図において11はレーザーダイオード、12は
グラントムソンプリズム、13は発振器、14は
電歪素子、15は定偏波フアイバ、16は位相
板、17は光検知器、18は位相検波器、21
a,21bはレンズ、22a,22bはレンズホ
ールダー、23はハーフミラー、24はλ/4変
調をあたえる空間をそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光源からの光を4端子の光方向性結合器の第
    1の端子に導き、ハーフミラーにより2分岐して
    第2、第3の端子に接続した光フアイバコイルの
    両端に入射し、該光フアイバコイルを互いに逆方
    向に伝播し該両端から出射した光を該ハーフミラ
    ーにより合成して、光検知器に入射し、該光検知
    器出力から該光フアイバコイルを逆方向に伝播し
    た光の位相差を測定する光フアイバ・ジヤイロシ
    ステムにおいて、 前記光源の光発生時間間隔を前記光が前記光フ
    アイバコイルを通過する時間よりも大とし、電歪
    素子の変調タイミングを前記光源の前記光発生時
    間間隔と同一、且つ前記電歪素子の変調時間を前
    記光源の変調時間よりも大とし、且つ前記ハーフ
    ミラーの位置を前記電歪素子にてλ/8移動させ
    ることにより、該光フアイバコイルの両端に入射
    する光に位相差を与え、更に該ハーフミラーによ
    り光合成した光を電気信号に変換した時のみ位相
    検波して位相差の測定を行なう様にしたことを特
    徴とする光フアイバ・ジヤイロシステム。 2 光フアイバ・ジヤイロシステムにおける光フ
    アイバコイル長Lとその伝播光速Cで決まるコイ
    ル遅延時間をτcとし、光源光発生時間間隔topcを topc=(τm)τc とし、該光発生時間間隔topcと光検知器の電気的
    ゲート開口時間間隔を同一とし、前記間隔topcと
    前記間隔の相互の時間的ずれを前記遅延時間に等
    しくしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の光フアイバ・ジヤイロシステム。
JP57169518A 1982-09-28 1982-09-30 光フアイバ・ジヤイロシステム Granted JPS5960212A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57169518A JPS5960212A (ja) 1982-09-30 1982-09-30 光フアイバ・ジヤイロシステム
CA000437093A CA1238970A (en) 1982-09-28 1983-09-20 Fiber-optic gyro
DE8383305763T DE3382205D1 (de) 1982-09-28 1983-09-27 Kreisel mit optischem faden.
EP83305763A EP0107373B1 (en) 1982-09-28 1983-09-27 Fibre optic gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

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JP57169518A JPS5960212A (ja) 1982-09-30 1982-09-30 光フアイバ・ジヤイロシステム

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JPS5960212A JPS5960212A (ja) 1984-04-06
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0252838A (ja) * 1988-08-15 1990-02-22 Fujitsu Ltd 回転式ジャーナル紙巻取り機構

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61128118A (ja) * 1984-11-27 1986-06-16 Fujitsu Ltd 光フアイバ・ジヤイロスコ−プ
US7802928B2 (en) * 2008-01-04 2010-09-28 Honeywell International Inc. System and method for fiber based resonator coupling

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JPS5960212A (ja) 1984-04-06

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