JPS622121A - Optical fiber gyroscope - Google Patents
Optical fiber gyroscopeInfo
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- JPS622121A JPS622121A JP14174285A JP14174285A JPS622121A JP S622121 A JPS622121 A JP S622121A JP 14174285 A JP14174285 A JP 14174285A JP 14174285 A JP14174285 A JP 14174285A JP S622121 A JPS622121 A JP S622121A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光学的に回転角速度等の測定を行う光ファイ
バジャイロスコープに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical fiber gyroscope that optically measures rotational angular velocity and the like.
船舶、航空機等においては、その航行時、方位測定等の
ためにジャイロスコープが使用されている。これには従
来、高速回転体の慣性を利用したものが専ら使用されて
いたが、その回転体の回転を維持する装置や回転体の回
転軸の方向を検出する装置等積々の複雑な機構を必要と
し、小型化および高精度化に限界があった。2. Description of the Related Art Gyroscopes are used in ships, aircraft, etc. for purposes such as direction measurement during navigation. Conventionally, devices that utilize the inertia of a high-speed rotating body have been used exclusively for this purpose, but many complex mechanisms are required, such as a device to maintain the rotation of the rotating body and a device to detect the direction of the rotational axis of the rotating body. There was a limit to miniaturization and high precision.
一方、レーザ発振器の実用化に伴って、レーザ応用技術
の一環として、リングレーザと呼ばれるジャイロが開発
された。On the other hand, with the practical use of laser oscillators, a gyro called a ring laser was developed as part of laser application technology.
これは、第4図に示すように、レーザ発振器1から出力
されるレーザ光11.12をミラー2、〜24 を用い
て左回りと右回りの双方向に伝播させ、ハーフミラ−2
,からこの光をとり出してミラー25〜27 により両
者を同一光路3に導く構造のものである。この光学系が
、例えば点4を中心に矢印5の方向に角速度ωで回転す
ると、それと同方向に進む光と逆方向に進む光とで光路
長に差を生じる。これによって両レーザ光11 と1
□の共振周波数に差が生じるから、光路3上に設けた光
検出器6によってこれらの干渉光を検出する。As shown in FIG. 4, the laser beams 11 and 12 output from the laser oscillator 1 are propagated in both directions, counterclockwise and clockwise, using mirrors 2 to 24.
, and guides both to the same optical path 3 by means of mirrors 25-27. When this optical system rotates at an angular velocity ω in the direction of an arrow 5 about a point 4, for example, a difference occurs in the optical path length between light traveling in the same direction and light traveling in the opposite direction. As a result, both laser beams 11 and 1
Since a difference occurs in the resonance frequencies of □, these interference lights are detected by the photodetector 6 provided on the optical path 3.
この干渉光の周波数が光学系の回転角速度ωに比例する
ので、周波数測定器7で周波数をカウントし、光学系の
回転角速度を測定できる。Since the frequency of this interference light is proportional to the rotational angular velocity ω of the optical system, the frequency can be counted by the frequency measuring device 7 and the rotational angular velocity of the optical system can be measured.
このような原理で動作するリングレーザは、駆動部分が
無いことから取扱いが容易で、従来のジャイロスコープ
に代わるものとして既に実用化されている。ところが、
このレーザ発振器は一般にその寿命が一方時間程度であ
るのに対し、近9年光通信等で多様されている半導体レ
ーザは、100万時間を越える長寿命のものもある。そ
こで、この半導体レーデと光ファイバとによって構成さ
れた光ファイバジャイロスコープが開発されその実用化
が進められている。Ring lasers that operate on this principle are easy to handle because they have no driving parts, and have already been put into practical use as an alternative to conventional gyroscopes. However,
While this laser oscillator generally has a lifespan of about one hour, some semiconductor lasers, which have been used in various applications such as optical communications in the last nine years, have a lifespan of over one million hours. Therefore, an optical fiber gyroscope constructed from this semiconductor radar and an optical fiber has been developed, and its practical use is progressing.
これは、光ファイバによって形成したループ中に右回り
と左回りの光とを伝播させるものである。This propagates clockwise and counterclockwise light in a loop formed by optical fibers.
この光ファイバジャイロスコープにもリング型のものが
ありこれは、パッシブリング方式と呼ばれている。この
方式では光ブアイバによりリング共振器を形成してその
中を伝播する右回り光と左回り光との共振周波数の差を
検出し回転角速度を求めるようにす′る。This optical fiber gyroscope also has a ring type, which is called a passive ring type. In this method, a ring resonator is formed using an optical fiber, and the rotational angular velocity is determined by detecting the difference in resonance frequency between clockwise light and counterclockwise light propagating within the ring resonator.
また、このほかに、非リング型のものがある。In addition, there are non-ring types.
これは、ループ状に巻回した光ファイバの両端から互い
に他端に向けて光を伝播させて、回転によって生じた両
方向の伝播光の位相差から回転角速度を求めようとする
ものである。この非リング型のものにおいて、伝播光の
位相差を検出するために、位相変調方式、周波数変調方
式、位相バイアス方式およびヘテロゲイン方式等の種々
の方式が開発されている。In this method, light is propagated from both ends of an optical fiber wound in a loop toward the other end, and the rotational angular velocity is determined from the phase difference between the propagating lights in both directions caused by the rotation. In this non-ring type, various methods such as a phase modulation method, a frequency modulation method, a phase bias method, and a hetero gain method have been developed in order to detect the phase difference of propagating light.
第5図は、このような光ファイバジャイロスコープのう
ち周波数変調方式を採用したものの一例を示すブロック
図で、これは、1985年2月13日に開催された0F
S(オプティカル・ファイバ・コンファランス)の講演
資料WBB4第120頁に紹介されたものである。Figure 5 is a block diagram showing an example of such an optical fiber gyroscope that uses a frequency modulation method.
This was introduced on page 120 of WBB4 lecture material of S (Optical Fiber Conference).
この装置には、半導体レーザ等から成る光源11と、こ
れから出力されるレーザ光を所定の経路に導く光導入部
12と、両端をこの光導入部12に接続しループ状に巻
回された光ファイバループ13と、光導入部から出力さ
れるレーザ光を検出する光検出器14とが設けられてい
る。また光導入部12には、光源11から出力されるレ
ーザ光を矢印16..162で示した2方向に分配する
Y分岐17. と、光ファイバループ13内を通過し
た後この矢印16..162と反対方向に伝播されY分
岐171で集合された光を、導波路18、を通じて光検
出器14まで導くためのY分岐172とが設けられてい
る。これらのY分岐 517、.172は、例えば第3
図aに示すように、単一モード光ファイバ10を7字状
に熱融着して形成される。この2つのY分岐17..1
7□の間には偏光器19が挿入されている。This device includes a light source 11 made of a semiconductor laser or the like, a light introduction section 12 that guides laser light outputted from the light source 11 to a predetermined path, and a light source 11 that is connected to the light introduction section 12 at both ends and is wound into a loop. A fiber loop 13 and a photodetector 14 that detects the laser beam output from the light introduction section are provided. Further, the laser beam outputted from the light source 11 is inserted into the light introduction section 12 by the arrow 16. .. Y branch 17. which distributes in two directions shown at 162. After passing through the optical fiber loop 13, this arrow 16. .. A Y branch 172 is provided for guiding the light propagated in the opposite direction to the Y branch 171 and collected at the Y branch 171 to the photodetector 14 through the waveguide 18 . These Y branches 517, . 172 is, for example, the third
As shown in Figure a, it is formed by heat-sealing single-mode optical fibers 10 into a figure-7 shape. These two Y branches 17. .. 1
A polarizer 19 is inserted between 7□.
ここで、図の矢印16、方向の伝播光を第1の伝播光と
呼び、矢印16□方向の伝播光を第2の伝播光と呼ぶこ
とにする。この第1の伝播光を光ファイバループ13に
導くための導波路182中には、2つの変調素子21.
22が挿入されている。いずれの変調素子も、例えばレ
ーデ光が通過する圧電体結晶に電界を加えいわゆる電気
光学効果を利用してその変調を行うものである。この一
方の変調素子21には、第1の伝播光に周波数偏移を生
じさせる周波数変調器23が接続され、この周波数変調
器23からはいわゆるのこぎり波が出力される。また、
他方の変調素子22には、第1の伝播光の位相をシフト
させる位相変調器24が接続され、この位相変調器24
からは一定の周波数の正弦波が出力される。例えば伝播
光の波長を0.85ミクロンメータ〔μm〕としたとき
、周波数変調器23はこれに0〜100キロヘルツCK
Hz)程度の任意の周波数偏移を生じさせることができ
、また位相変調器24はその位相のシフト量を例えば0
〜2πの範囲で一定の周期で変化させるものである。Here, the light propagating in the direction of arrow 16 in the figure will be referred to as the first propagating light, and the light propagating in the direction of arrow 16□ will be referred to as the second propagating light. In the waveguide 182 for guiding this first propagation light to the optical fiber loop 13, there are two modulation elements 21.
22 is inserted. Each of the modulation elements modulates the radiation by applying an electric field to a piezoelectric crystal through which Rade light passes, for example, using a so-called electro-optic effect. A frequency modulator 23 that causes a frequency shift in the first propagating light is connected to one of the modulation elements 21, and a so-called sawtooth wave is output from the frequency modulator 23. Also,
A phase modulator 24 that shifts the phase of the first propagation light is connected to the other modulation element 22, and this phase modulator 24
outputs a sine wave with a constant frequency. For example, when the wavelength of the propagating light is 0.85 micrometers (μm), the frequency modulator 23 has a frequency of 0 to 100 kilohertz CK.
Hz), and the phase modulator 24 can change the amount of phase shift to 0, for example.
It is changed at a constant period within the range of ~2π.
また、上記周波数変調器23には、光検出器14で光電
変換された検出信号141が入力するよう結線され、か
つこの周波数変調器23の出力するのこぎり波の周波数
を時間を追って監視する監視装置25が設けられている
。Further, the frequency modulator 23 is connected to receive a detection signal 141 photoelectrically converted by the photodetector 14, and a monitoring device that monitors the frequency of the sawtooth wave output from the frequency modulator 23 over time. 25 are provided.
このような光ファイバジャイロスコープは次のように動
作する。Such a fiber optic gyroscope operates as follows.
まず、光源11から出力されるレーザ光は、導波路18
3から偏光器19およびY分岐17□を経て2つの導波
路18□、184へ分配され、光ファイバループ13を
右回りと左回りとに伝播して再びY分岐17.で集合さ
れ、偏光器19、Y分岐17□、導波路181を経て光
検出器14に入力する。この光ファイバジャイロスコー
プ、が、光ファイバループ13の中央にある点4を中心
として矢印5方向に回転すると、右回りの第1の伝播光
と左回りの第2の伝播光との間に位相差が生じ、導波路
181からは第1の伝播光と第2の伝播光の外に所定の
干渉光が出力される。光検出器14はこの光を光電変換
して検出信号14. とし、これを周波数変調器23
に送り込む。周波数変調器23はこの検出信号14.を
もとにして、第1の伝播光と第2の伝播光との位相が一
致するよう第1の伝播光に必要な周波数偏移をかける。First, the laser light outputted from the light source 11 passes through the waveguide 18.
3, is distributed to two waveguides 18□, 184 via a polarizer 19 and a Y branch 17□, propagates clockwise and counterclockwise through the optical fiber loop 13, and returns to a Y branch 17. The light is collected at the polarizer 19, the Y branch 17□, and the waveguide 181, and then input to the photodetector 14. When this optical fiber gyroscope rotates in the direction of arrow 5 about point 4 at the center of optical fiber loop 13, it is positioned between the clockwise first propagating light and the counterclockwise second propagating light. A phase difference occurs, and predetermined interference light is output from the waveguide 181 in addition to the first propagation light and the second propagation light. The photodetector 14 photoelectrically converts this light and generates a detection signal 14. and this is the frequency modulator 23
send to. Frequency modulator 23 receives this detection signal 14. Based on this, a necessary frequency shift is applied to the first propagating light so that the phases of the first propagating light and the second propagating light match.
光ファイバジャイロスコープの回転角速度が変化すれば
、第1の伝播光に加えるべき周波数偏移量がこれに伴っ
て変化する。監視装置25は周波数変調器23の発振周
波数の変化から光ファイバジャイロスコープの回転角速
度の時間変化を求め、これを記録したり他の装置に向け
て出力する。When the rotational angular velocity of the optical fiber gyroscope changes, the amount of frequency shift to be added to the first propagation light changes accordingly. The monitoring device 25 determines the temporal change in the rotational angular velocity of the optical fiber gyroscope from the change in the oscillation frequency of the frequency modulator 23, and records this or outputs it to another device.
ここで、位相変調器24は、第1の伝播光と第2の伝播
光の位相が正確に一致した状態の検出を容易にするため
に設けられている。Here, the phase modulator 24 is provided to facilitate detection of a state in which the phases of the first propagating light and the second propagating light match accurately.
すなわち、位相変調器24によって、一定の周波数で第
1の伝播光に位相変調をかける。第1の伝播光と第2の
伝播光との位相が完全に一致しているときは、位相変調
をかけると、その変調周波数の倍の周波数の誤差信号が
光検出器14から出力される。ところが、第1の伝播光
の位相が第2の伝播光のそれに対していずれか一方にず
れていると、位相変調周波数と同一の周波数の誤差信号
が光検出器14から出力される。位相がこれと反対の方
向にずれていれば、同様の信号であって位相の逆転した
誤差信号が出力される。従って、光検出器14から常に
、位相変調周波数と同一の周波数の誤差信号が出力され
ないように第1の伝播光の周波数偏移量をトラッキング
する。That is, the phase modulator 24 applies phase modulation to the first propagating light at a constant frequency. When the phases of the first propagating light and the second propagating light completely match, when phase modulation is applied, an error signal having a frequency twice the modulation frequency is output from the photodetector 14. However, if the phase of the first propagating light is shifted to either side with respect to that of the second propagating light, an error signal having the same frequency as the phase modulation frequency is output from the photodetector 14. If the phase is shifted in the opposite direction, a similar signal but an error signal with a reversed phase is output. Therefore, the frequency shift amount of the first propagation light is always tracked so that the photodetector 14 does not output an error signal having the same frequency as the phase modulation frequency.
このようにして、きわめて高い精度で回転角速度の時間
変化を求めることができる。In this way, the temporal change in rotational angular velocity can be determined with extremely high accuracy.
さて、このような光ファイバジャイロスコープにおいて
、伝播光の周波数偏移量は、周波数変調器の出力するの
こぎり波の周波数に比例する。ところが、その比例係数
は、のこぎり波の振幅や変調素子の入力電圧−屈折率変
化の特性に依存する。Now, in such an optical fiber gyroscope, the amount of frequency deviation of propagating light is proportional to the frequency of the sawtooth wave output from the frequency modulator. However, the proportionality coefficient depends on the amplitude of the sawtooth wave and the characteristics of input voltage versus refractive index change of the modulation element.
従って、これらに例えば経時的な変動があれば、回転角
速度の検出誤差が生じてしまう。Therefore, if there is a change in these over time, for example, a detection error in the rotational angular velocity will occur.
本発明は以上の点を解決するためになされたもので、よ
り高い精度で回転角速度の検出を行うことのできる光フ
ァイバジャイロスコープを提供することを目的とするも
のである。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical fiber gyroscope that can detect rotational angular velocity with higher accuracy.
本発明の光ファイバジャイロスコープは、光源と、光フ
ァイバループと、上記光源の出力光を第1の伝播光と第
2の伝播光とに分配して両者を上記光ファイバループに
それぞれ互に逆方向に伝播させる光導入部と、上記光フ
ァイバループを伝播した第1の伝播光と第2の伝播光と
を同一の導波路に導いた後これを検百する光検出器と、
上記第1の伝播光または第2の伝播光に周波数偏移を生
じさせる周波数変調器とを有し、上記光検出器によって
上記第1の伝播光と第一2の伝播光との位相の一致を検
出して、そのときの周波数偏移量から回転角速度を求め
るものJこおいて、上記周波数偏移の生じる前の伝播光
と周波数偏移の生じた伝播光とを同一の導波路に導くモ
ニタラインと、このモニタラインに接続されこれから出
力される干渉光の周波数から上記周波数偏移量を測定す
る周波数測定器とを設けたことを特徴とするものである
。The optical fiber gyroscope of the present invention includes a light source, an optical fiber loop, and distributes the output light of the light source into a first propagating light and a second propagating light, and transmits both to the optical fiber loop, respectively. a light introduction part that propagates in the optical fiber loop; a photodetector that detects the first propagated light and the second propagated light that have been propagated through the optical fiber loop after guiding them to the same waveguide;
a frequency modulator that causes a frequency shift in the first propagating light or the second propagating light, and the first propagating light and the first propagating light are matched in phase by the photodetector. , and calculate the rotational angular velocity from the amount of frequency deviation at that time. Then, the propagating light before the frequency deviation occurs and the propagating light with the frequency deviation are guided to the same waveguide. The present invention is characterized in that it is provided with a monitor line and a frequency measuring device that is connected to the monitor line and measures the amount of frequency deviation from the frequency of the interference light outputted from the monitor line.
ここで、上記光導入部に上記第1の伝播光を伝播させる
導光部と上記第2の伝播光を伝播させる導光部とを設け
、その双方にそれぞれ上記の周波数変調器を設けて、さ
らに、各周波数変調器に入力する伝播光とこれから出力
する伝播光とを同一の導波路に導くモニタラインを設け
、かつそのモニタラインごとに上記周波数測定器を接続
するようにしてもよい。Here, a light guide section for propagating the first propagation light and a light guide section for propagating the second propagation light are provided in the light introducing section, and the frequency modulator is provided for each of the light guide sections, respectively. Furthermore, a monitor line may be provided that guides the propagating light input to each frequency modulator and the propagating light output therefrom to the same waveguide, and the frequency measuring device may be connected to each monitor line.
このような光ファイバジャイロスコープにおいて、これ
が回転運動をして第1の伝播光と第2の伝播光との間に
位相差が生じたときは、周波数変調器を用いて、第1の
伝播光または第2の伝播光に周波数偏移を生じさせ、両
者の位相差を打ち消すようにする。その位相の一致点は
光検出器、を用いて検出する。こうして位相が一致した
とき、周波数偏移を生じる前の伝播光と周波数偏移の生
じた後の伝播光とをモニタラインからとり出して干渉光
の周波数を測定する。この干渉光の周波数は即ち、その
伝播光の正味の周波数偏移量に相当する。これによって
、周波数変調器の特性や変調素子の特性等に影響される
ことなく、高い精度で回転角速度の検出を行うことがで
きる。In such an optical fiber gyroscope, when it rotates and a phase difference occurs between the first propagating light and the second propagating light, a frequency modulator is used to change the first propagating light. Alternatively, a frequency shift is caused in the second propagation light to cancel out the phase difference between the two. The point where the phases match is detected using a photodetector. When the phases match in this manner, the propagating light before the frequency shift and the propagating light after the frequency shift are taken out from the monitor line, and the frequency of the interference light is measured. The frequency of this interference light corresponds to the net frequency shift amount of the propagating light. Thereby, the rotational angular velocity can be detected with high accuracy without being influenced by the characteristics of the frequency modulator, the characteristics of the modulation element, etc.
(第1の実施例)
第1図は本発明の光ファイバジャイロスコープの実施例
を示すブロック図である。ここで、第5図と同一部分に
は同一符号を付し、その重複する説明は省略する。(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the optical fiber gyroscope of the present invention. Here, the same parts as in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation thereof will be omitted.
この実施例の光ファイバジャイロスコープは、第5図の
ものと次の点が相違している。まず、周波数変調器23
にその発振周波数を読み取る監視装置がとりつけられて
いない。また、2つの変調素子21と22の中間部分と
、導波路18.とにそれぞれ矢印16□、162方向の
伝播光を分岐させるY分岐17..17.が設けられて
いる。The optical fiber gyroscope of this embodiment differs from that of FIG. 5 in the following points. First, the frequency modulator 23
There is no monitoring device installed to read the oscillation frequency. Furthermore, the intermediate portion between the two modulation elements 21 and 22, and the waveguide 18. Y branch 17. which branches the propagating light in the directions of arrows 16□ and 162, respectively. .. 17. is provided.
そして、この分岐された伝播光は、Y分岐175で1本
の導波路185に導かれ、光検出器30に入力するよう
構成されている。本発明において、この3つのY分岐1
73〜17.と導波路18゜で構成される部分をモニタ
ライン29と呼ぶことにする。この光検出器30も、光
検出器14と同様の光電変換素子を用いたもので、その
検出出力信号30.が、周波数測定器31に入力され、
この測定値を監視装置32が読み取る構成となっている
。This branched propagation light is guided to one waveguide 185 at the Y branch 175 and is configured to be input to the photodetector 30. In the present invention, these three Y branches 1
73-17. The portion consisting of the waveguide and the waveguide 18° will be referred to as the monitor line 29. This photodetector 30 also uses a photoelectric conversion element similar to the photodetector 14, and its detection output signal 30. is input to the frequency measuring device 31,
The monitoring device 32 is configured to read this measured value.
このような光ファイバジャイロスコープは次のように動
作する。Such a fiber optic gyroscope operates as follows.
レーザ光は、光源11から発せられて、導波路183、
Y分岐171偏光器19、Y分岐172を経て第1の伝
播光と第2の伝播光とに分配される。第1の伝播光は、
矢印16.方向に、導波路182、変調素子21、Y分
岐173を通り、ここで再び2分配されて、一方は光フ
ァイバループ13へ向けて、他方は光検出器30に向け
て伝播する。一方、第2の伝播光は、矢印16□方向に
導波路18.からY分岐17.を通り、ここで2分配さ
れて、一方は光ファイバループ13へ向けて、他方は光
検出器30に向けて伝播する。The laser light is emitted from the light source 11 and passes through the waveguide 183,
The Y branch 171 passes through the polarizer 19 and the Y branch 172 and is distributed into first propagating light and second propagating light. The first propagating light is
Arrow 16. The light passes through the waveguide 182, the modulation element 21, and the Y branch 173, and is again split into two parts, one of which propagates toward the optical fiber loop 13 and the other toward the photodetector 30. On the other hand, the second propagating light passes through the waveguide 18 in the direction of the arrow 16□. From Y branch 17. , where it is split into two parts, one propagating toward the optical fiber loop 13 and the other propagating toward the photodetector 30 .
光ファイバループ13を右回りに伝播した第1の伝播光
は導波路184を経てY分岐172に達し、また、光フ
ァイバループ13を左回りに伝播した第2の伝播光は導
波路182を経てY分岐172に達する。ここで第1の
伝播光と第2の伝播光とが合流して導波路18.を通り
光検出器14に入力する。The first propagating light that propagated clockwise in the optical fiber loop 13 reaches the Y branch 172 via the waveguide 184, and the second propagating light that propagated counterclockwise in the optical fiber loop 13 passes through the waveguide 182. A Y-branch 172 is reached. Here, the first propagating light and the second propagating light merge into the waveguide 18. is input to the photodetector 14.
ここで、周波数変調器23は、第1の伝播光に対して、
第1の伝播光と第2の伝播光の位相が一致するよう周波
数偏移をかける。そして、位相変調器24が、第1の伝
播光を一定の周波数で位相変調し、これによって光検出
器14から出力される誤差信号14.をもとに、周波数
変調器23は、第1の伝播光と第2の伝播光の位相を正
確に一致させるようトラッキングを行う。この動作も先
に第5図を用いて説明したのと同様である。このとき、
モニタライン29には、周波数偏移をかけられた第1の
伝播光と、Y分岐172とY分岐点174を経て直接こ
こに達する第2の伝播光とが導入され、両者の干渉光が
光検出器30に入力する。Y分岐17□で矢印16..
162方向に分配された第1の伝播光と第2の伝播光と
は全く同位相であるから、結局、この光検出器30には
モニタライン29を通じて、周波数変調器23に入力す
る前の第1の伝播光と周波数偏移を生じてこれから出力
する第1の伝播光とが入力したのと同様の結果となる。Here, the frequency modulator 23 has the following functions for the first propagating light:
A frequency shift is applied so that the phases of the first propagating light and the second propagating light match. Then, the phase modulator 24 phase-modulates the first propagating light at a constant frequency, thereby outputting an error signal 14. from the photodetector 14. Based on this, the frequency modulator 23 performs tracking so that the phases of the first propagating light and the second propagating light match accurately. This operation is also similar to that previously explained using FIG. 5. At this time,
The first propagating light that has been subjected to a frequency shift and the second propagating light that reaches here directly via the Y branch 172 and the Y branch point 174 are introduced into the monitor line 29, and the interference light of both is input to the detector 30. Arrow 16 at Y branch 17□. ..
Since the first propagating light and the second propagating light distributed in 162 directions have exactly the same phase, the photodetector 30 receives the first propagating light before inputting to the frequency modulator 23 through the monitor line 29. The result is the same as when the first propagating light and the first propagating light, which is to be output after causing a frequency shift, are input.
すなわち、その干渉光の周波数は第1の伝播光の正味の
周波数偏移量に相当する。That is, the frequency of the interference light corresponds to the net frequency shift amount of the first propagation light.
従って、光ファイバループ13を伝播する第1の伝播光
と第2の伝播光の位相が完全に一致したとき、周波数測
定器31が光検出器30に入力した干渉光の周波数をカ
ウントし、その周波数を監視装置32が読み取って回転
角速度を求める。このようにして、第5図によって説明
したものと同様に、回転角速度の検出を行うことができ
る。しかも、この光ファイバジャイロスコープは、周波
数偏移を生じる前の第1の伝播光と周波数偏移を生じた
後の第1の伝播光とを直接取り出して周波数偏移量を測
定するので、高い精度での測定が可能である。Therefore, when the phases of the first propagating light and the second propagating light propagating through the optical fiber loop 13 completely match, the frequency measuring device 31 counts the frequency of the interference light input to the photodetector 30, and A monitoring device 32 reads the frequency and determines the rotational angular velocity. In this way, the rotational angular velocity can be detected in the same manner as described with reference to FIG. In addition, this optical fiber gyroscope measures the amount of frequency shift by directly extracting the first propagating light before the frequency shift occurs and the first propagating light after the frequency shift occurs, so it has a high Accurate measurement is possible.
(第2の実施例)
第2図は本発明の光ファイバジャイロスコープの他の実
施例を示すブロック図である。(Second Embodiment) FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the optical fiber gyroscope of the present invention.
この実施例のものは、このジャイロ全体が軸4を中心と
して矢印5のように左右いずれに回転する場合でも、回
転角速度の検出を可能にしたものである。これは例えば
、航空機の自動運行記録装置等に使用するのに適してい
る。In this embodiment, the rotational angular velocity can be detected even when the entire gyro rotates to the left or right as shown by the arrow 5 about the axis 4. This is suitable for use in, for example, an automatic flight recorder for aircraft.
この図の実施例で、第1図のものと相違する点は、周波
数変調器23..23□と、位相変調器24、.24□
とが、それぞれ第1の伝播光用と第2の伝播光用とに1
組づつ設けられ、さらに、モニタライン29..29゜
や光検出器301.302および周波数測定器31□、
31□ もこれに応じて増設されているところである。The difference between the embodiment shown in this figure and the embodiment shown in FIG. 1 is that the frequency modulator 23. .. 23□ and phase modulators 24, . 24□
and 1 for the first propagating light and the second propagating light, respectively.
Furthermore, a monitor line 29. .. 29°, photodetector 301, 302 and frequency measuring device 31□,
31□ is also being expanded accordingly.
また、光ファイバループ13に、第1の伝播光および第
2の伝播光を導入するために双方向のカプラ27を使用
している。これには、例えば、第3図すに示すように、
基板35上に形成され、導波路36をX字状に形成した
既知の先導波素子を用いる。Further, a bidirectional coupler 27 is used to introduce the first propagation light and the second propagation light into the optical fiber loop 13. For example, as shown in Figure 3,
A known leading wave element is used, which is formed on a substrate 35 and has a waveguide 36 formed in an X-shape.
この実施例の光ファイバジャイロスコープは次のように
動作する。The fiber optic gyroscope of this embodiment operates as follows.
まず、これが軸4を中心として一方向に回転すると、そ
の回転方向に応じて、いずれか一方の伝播光の変調用と
して用意された周波数変調器および位相変調器のみが動
作する。First, when this rotates in one direction about the axis 4, only the frequency modulator and the phase modulator prepared for modulating one of the propagating lights operate depending on the direction of rotation.
例えばここで、導波路182を変調素子21.122□
の順に伝播する第1の伝播光に周波数偏移がかけられる
ものとする。このとき第1の伝播光は、変調素子21、
を通過するとき、周波数変調器23. により変調を
受け、変調素子221を通過するとき位相変調器241
により変調をうける。For example, here, the waveguide 182 is connected to the modulation element 21.122□
It is assumed that a frequency shift is applied to the first propagating light that propagates in the order of . At this time, the first propagating light is transmitted through the modulation element 21,
When passing through the frequency modulator 23. When it passes through the modulation element 221, it is modulated by the phase modulator 241.
It is modulated by
この第1の伝播光が変調素子21.に入力する直前と直
後とに、Y分岐17s、17−sが設けられて、Y分岐
177と合せて、先に説明したと同様のモニタライン2
9.を構成している。このモニタライン29.の出力す
る干渉光を光検出器30゜が光電変換し、周波数測定器
31. によってこれを測定する。以下光に説明した
と同様の動作で回転角速度の検出が行われる。また、こ
の光ファイバジャイロスコープがこれと逆方向に回転し
たときは、導波路181を変調素子21□、22□の順
に伝播する第2の伝播光に周波数偏移がかけられる。こ
の周波数偏移量はモニタライン29゜で測定する。この
モニタライン29□はY分岐178.17、.17.。This first propagation light is transmitted to the modulation element 21. Y branches 17s and 17-s are provided immediately before and after the input to the monitor line 2, and together with the Y branch 177, the same monitor line 2 as described above is provided.
9. It consists of This monitor line 29. The photodetector 30° photoelectrically converts the interference light output from the frequency measuring device 31. Measure this by. The rotational angular velocity is detected in the same manner as explained below. Furthermore, when the optical fiber gyroscope rotates in the opposite direction, a frequency shift is applied to the second propagating light that propagates through the waveguide 181 in the order of modulation elements 21□ and 22□. This frequency deviation amount is measured at a monitor line of 29 degrees. This monitor line 29□ has Y branches 178.17, . 17. .
で構成されるが、以下の動作説明は同様であって重複す
るので省略する。このようにして、監視装置32は、2
つの周波数測定器31□、あるいは31□の測定データ
を読み取ることによって、回転方向と回転角速度とを検
出することができる。However, since the following operation description is similar and will be redundant, it will be omitted. In this way, the monitoring device 32
By reading the measurement data of the two frequency measuring devices 31□ or 31□, the rotational direction and rotational angular velocity can be detected.
本発明の光ファイバジャイロスコープは以上の実施例に
限定されない。The optical fiber gyroscope of the present invention is not limited to the above embodiments.
光源には、半導体レーザのほか、ガスレーザ固体レーザ
等、光ファイバループから干渉光をとり出すことのでき
る種々の発光体を用いることができる。As the light source, various light emitters capable of extracting interference light from an optical fiber loop, such as a gas laser or a solid-state laser, can be used in addition to a semiconductor laser.
また、光ファイバループに第1の伝播光と第2の伝播光
とを導く光導入部は、第3図aに示したもののほか、基
板35上に光導波路36を形成したもの(同図c)、あ
るいは光を分岐させる構造の結晶37や、ミラー38等
を用いたもの(同図d、e)であってもさしつかえない
。In addition to the light introducing section that guides the first propagating light and the second propagating light to the optical fiber loop, in addition to the one shown in FIG. ), or one using a crystal 37 having a structure to branch light, a mirror 38, etc. (see d and e in the figure).
また、光ファイバループとしては、単一モードファイバ
や偏波面保存ファイバ等、モード分散の少ない干渉性の
良い光を伝播させることのできる種々のファイバを使用
することができる。周波数変調器、光検出器、周波数測
定器の構成も、既知の種々のデバイスに置き換えてさし
つかえない。Further, as the optical fiber loop, various types of fibers that can propagate light with low mode dispersion and good coherence, such as a single mode fiber or a polarization maintaining fiber, can be used. The configurations of the frequency modulator, photodetector, and frequency measuring device may also be replaced with various known devices.
さらに、光導入部は、モニタラインを含めてその全体を
、第3図す、cに示したような一つの基板35上に所定
の導波路36を組合せて形成した一体構成のものとして
もよい。こうすればこの部分の小型化を図ることができ
、かつその信頼性を高めることもできる。また、この光
導入部で、の光路の構成や分岐位置、分岐方向等は、必
ずしも上記実施例どおりである必要はない。すなわち、
周波数変調器の取り付は位置は第1の伝播光あるいは第
2の伝播光を個別に変調できる箇所であればどこでもよ
い。Furthermore, the light introduction section may have an integral structure in which the entire light introduction section including the monitor line is formed by combining a predetermined waveguide 36 on one substrate 35 as shown in FIG. 3C. . In this way, this part can be made smaller and its reliability can also be improved. Furthermore, the configuration, branching position, branching direction, etc. of the optical path in this light introducing section do not necessarily have to be as in the above embodiment. That is,
The frequency modulator may be mounted anywhere as long as the first propagation light or the second propagation light can be individually modulated.
以上説明した本発明の光ファイバジャイロスコープは光
ファイバループ内を互に逆方向に伝播される第1の伝播
光と第2の伝播光について、その一方に周波数偏移を与
える゛ことによって両者の位相が一致したとき、周波数
偏移を生じる前と後の伝播光を直接とり出してその干渉
光の周波数を測定するようにしたので、周波数偏移量を
きわめて、正確に検出することができる。また、これに
よって、より高い精度で回転角速度の検出を行うことが
できる。The optical fiber gyroscope of the present invention described above applies a frequency shift to one of the first propagating light and the second propagating light that are propagated in opposite directions in the optical fiber loop. When the phases match, the propagating light before and after the frequency shift is directly taken out and the frequency of the interference light is measured, so the amount of frequency shift can be detected very accurately. Moreover, this allows detection of rotational angular velocity with higher accuracy.
第1図は本発明の光ファイバジャイロスコープの実施例
を示すブロック図、第2図は本発明の光ファイバジャイ
ロスコープの他の実施例を示すブロック図、第3図aか
らeはこれに使用するY分岐等の実施例を示す斜視図あ
るいは平面図、第4図は従来のリングレーザ式ジャイロ
スコープの概念図、第5図は従来の光ファイバジャイロ
スコープを示すブロック図である。
11・・・・・・光源、12・・・・・・光導入部、1
3・・・・・・光ファイバループ、
14.30・・・・・・光検出器、
23・・・・・・周波数変調器、24・・・・・・位相
変調器、29・・・・・・モニタライン、
31・・・・・・周波数測定器。
第3 図Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the optical fiber gyroscope of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing another embodiment of the optical fiber gyroscope of the invention, and Figs. 3 a to e are used for this. FIG. 4 is a conceptual diagram of a conventional ring laser gyroscope, and FIG. 5 is a block diagram of a conventional optical fiber gyroscope. 11...Light source, 12...Light introduction part, 1
3... Optical fiber loop, 14.30... Photodetector, 23... Frequency modulator, 24... Phase modulator, 29... ...Monitor line, 31...Frequency measuring device. Figure 3
Claims (1)
第1の伝播光と第2の伝播光とに分配して両者を前記光
ファイバループにそれぞれ互に逆方向に伝播させる光導
入部と、前記光ファイバループを伝播した第1の伝播光
と第2の伝播光とを同一の導波路に導いた後これを検出
する光検出器と、前記第1の伝播光または第2の伝播光
に周波数偏移を生じさせる周波数変調器とを有し、前記
光検出器によって前記第1の伝播光と第2の伝播光との
位相の一致を検出して、そのときの周波数偏移量から回
転角速度を求めるものにおいて、前記周波数偏移の生じ
る前の伝播光と周波数偏移の生じた後の伝播光とを同一
の導波路に導くモニタラインと、このモニタラインに接
続されこれから出力される干渉光の周波数から前記周波
数偏移量を測定する周波数測定器とを設けたことを特徴
とする光ファイバジャイロスコープ。 2、前記光導入部に、前記第1の伝播光を伝播させる導
波路と前記第2の伝播光を伝播させる導波路とを設け、
その双方にそれぞれ前記周波数変調器を設けて、各周波
数変調器に入力する伝播光とこれから出力する伝播光と
を同一の導波路に導くモニタラインを設け、かつそのモ
ニタラインごとに前記周波数測定器を接続したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の光ファイバジャイ
ロスコープ。[Scope of Claims] 1. A light source, an optical fiber loop, and distributing the output light of the light source into a first propagating light and a second propagating light, and transmitting both to the optical fiber loop in mutually opposite directions. a photodetector that detects the first propagated light and the second propagated light that have propagated through the optical fiber loop after guiding them to the same waveguide; a frequency modulator that causes a frequency shift in the light or the second propagating light, and the photodetector detects a phase match between the first propagating light and the second propagating light; A monitor line that guides the propagating light before the frequency shift occurs and the propagating light after the frequency shift occurs to the same waveguide, and this monitor line 1. An optical fiber gyroscope, comprising: a frequency measuring device that is connected to a frequency measuring device that measures the amount of frequency deviation from the frequency of interference light that will be output from the optical fiber gyroscope. 2. A waveguide for propagating the first propagation light and a waveguide for propagating the second propagation light are provided in the light introducing section,
The frequency modulator is provided on each of the frequency modulators, and a monitor line is provided that guides the propagating light input to each frequency modulator and the propagating light to be outputted from the frequency modulator to the same waveguide, and the frequency measuring device is provided for each monitor line. 2. The optical fiber gyroscope according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14174285A JPS622121A (en) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | Optical fiber gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14174285A JPS622121A (en) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | Optical fiber gyroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS622121A true JPS622121A (en) | 1987-01-08 |
Family
ID=15299144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14174285A Pending JPS622121A (en) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | Optical fiber gyroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS622121A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02297013A (en) * | 1989-05-12 | 1990-12-07 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Optical interference angular velocity meter |
JPH04503111A (en) * | 1989-01-26 | 1992-06-04 | ハネウエル・インコーポレーテツド | Optical fiber gyroscope multiple modulator phase difference control device |
US5448353A (en) * | 1991-04-05 | 1995-09-05 | British Aerospace Plc | Ring resonator gyroscope with reduced backscatter effect |
-
1985
- 1985-06-28 JP JP14174285A patent/JPS622121A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04503111A (en) * | 1989-01-26 | 1992-06-04 | ハネウエル・インコーポレーテツド | Optical fiber gyroscope multiple modulator phase difference control device |
JPH1018U (en) * | 1989-01-26 | 1998-01-27 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Phase control feedback device for fiber optic gyroscope |
JPH02297013A (en) * | 1989-05-12 | 1990-12-07 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Optical interference angular velocity meter |
US5448353A (en) * | 1991-04-05 | 1995-09-05 | British Aerospace Plc | Ring resonator gyroscope with reduced backscatter effect |
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